Εφικτή φαίνεται η δημιουργία κβαντικών υπολογιστών από πυρίτιο

Ένα βήμα πιο κοντά έρχονται οι κβαντικοί υπολογιστές, οι οποίοι υπόσχονται επανάσταση στην παράλληλη επεξεργασία δεδομένων. Χρησιμοποιώντας για πρώτη φορά κρύσταλλους πυριτίου, του υλικού από το οποίο παράγονται τα σημερινά τσιπ, διεθνής ερευνητική ομάδα δημιούργησε ένα πειραματικό σύστημα με 10 δισεκατομμύρια ζεύγη κβαντικών bit.

Στους σημερινούς υπολογιστές, κάθε bit πληροφορίας μπορεί να αντιστοιχεί σε δύο καταστάσεις, είτε «0» είτε «1». Αντίθετα, τα κβαντικά bit, γνωστά και και ως qbit, μπορούν να βρίσκονται σε περισσότερες από δύο καταστάσεις την ίδια στιγμή.

Όπως έχει αποδειχθεί θεωρητικά, αυτό σημαίνει ότι οι κβαντικοί υπολογιστές θα μπορούσαν να λύνουν περίπλοκα προβλήματα εξετάζοντας πολλές δυνατές λύσεις ταυτόχρονα, και όχι τη μία μετά την άλλη όπως οι σημερινοί επεξεργαστές.

Σε αυτούς τους μελλοντικούς υπολογιστές, η πληροφορία αποθηκεύεται μεταβάλλοντας στις κβαντικές καταστάσεις ατόμων και ηλεκτρονίων. Δεδομένου ότι τα ηλεκτρόνια και οι πυρήνες των ατόμων συμπεριφέρονται σαν μικροσκοπικοί μαγνήτες, οι κβαντικοί υπολογιστές μπορούν να αποθηκεύουν qbit αλλάζοντας τον προσανατολισμό του μαγνητικού πεδίου στην κατάσταση «πάνω ή «κάτω».

Στην τελευταία μελέτη, που δημοσιεύεται στο περιοδικό Nature, οι ερευνητές χρησιμοποίησαν έναν κρύσταλλο καθαρού πυριτίου για να δημιουργήσουν ένα κβαντικό σύστημα με 10 δισεκατομμύρια ζεύγη qbit, τα οποία αντιστοιχούν σε 10 δισ. άτομα φώσφορου εγκλωβισμένα μέσα στο πυρίτιο.

Για να το πετύχουν, χρειάστηκε να δημιουργήσουν «πεπλεγμένα κβαντικά ζεύγη», στα οποία ο πυρήνας και ένα ηλεκτρόνιο σε κάθε άτομο φώσφορου βρίσκονται στην ίδια κβαντική κατάσταση και σχηματίζουν ένα ζεύγος: αν το ηλεκτρόνιο αλλάξει spin, ο πυρήνας αλλάζει κι αυτός με τον ίδιο τρόπο, και το αντίστροφο.

Για να σχηματίσουν αυτά τα πεπλεγμένα ζεύγη, οι ερευνητές χρησιμοποίησαν θερμοκρασίες κοντά στο απόλυτο μηδέν και παλμούς ραδιοκυμάτων και μικροκυμάτων.

Το γεγονός ότι το πείραμα πραγματοποιήθηκε με πρώτη ύλη το πυρίτιο, το βασικό δομικό υλικό για τα σημερινά τσιπ, δημιουργεί αισιοδοξία για μια σχετικά ομαλή μετάβαση από τη σημερινή τεχνολογία στους κβαντικούς υπολογιστές.

«Η δημιουργία 10 δισ. πεπλεγμένενων ζευγών στο πυρίτιο με υψηλή πιστότητα είναι σημαντικό βήμα για μας» δήλωσε στο Reuters ο Τζον Μόρτον του Πανεπιστημίου της Οξφόρδης, επικεφαλής των ερευνητών από τη Βρετανία, την Ιαπωνία, τον Καναδά και τη Γερμανία.

Υπάρχει όμως και ένα σημαντικό εμπόδιο που μένει να ξεπεραστεί: Για είναι πραγματικά χρήσιμος ένας κβαντικός υπολογιστής, όλα τα qbit που περιέχει πρέπει να είναι πεπλεγμένα μεταξύ τους, έτσι ώστε η κατάσταση του ενός να επηρεάζει αυτόματα την κατάσταση του άλλου, ακόμα κι αν η μεταξύ τους απόσταση είναι μεγάλη.

Το παράξενο φαινόμενο των πεπλεγμένων κβαντικών καταστάσεων είχε μάλιστα ονομαστεί από τον Άλμπερτ Άινσταϊν «αλλόκοτη δράση από απόσταση» (spooky action at a distance).

Στην περίπτωση του νέου συστήματος, όμως, τα qbit είναι πεπλεγμένα ανά ζεύγη, δεν είναι όμως πεπλεγμένα στο σύνολό τους.

Μέχρι σήμερα, το ρεκόρ για τον μέγιστο αριθμό qbit που έχουν πεπλεχθεί μεταξύ τους είναι μόλις 12.

Newsroom ΑΛΤΕΡ ΕΓΚΟ