Ένα βήμα πιο κοντά στον κβαντικό ηλεκτρονικό υπολογιστή

Οι υπολογιστές του μέλλοντος θα είναι κβαντικοί, χρησιμοποιώντας τις θαυμαστές ιδιότητες του κόσμου των κβάντων, ώστε να αυξήσουν σε αφάνταστο βαθμό την χωρητικότητα και την ταχύτητα επεξεργασίας των πληροφοριών.

Ένα ακόμα βήμα γι’ αυτό τον πολύ δύσκολο στόχο έγινε από μια ομάδα Αμερικανών επιστημόνων, που δημιούργησαν τον πρώτο κβαντικό επεξεργαστή στερεάς κατάστασης.

Η ανακάλυψη έγινε από ερευνητές του Τμήματος Φυσικής πανεπιστημίου Γιέηλ των ΗΠΑ, υπό τον φυσικό Λεονάρντο ΝτιΚάρλο, και δημοσιεύτηκε στο περιοδικό «Nature».

Μέχρι τώρα είχε αποδειχτεί τρομερά δύσκολο να…

δημιουργηθούν τμήματα ενός κβαντικού υπολογιστή (στη συγκεκριμένη περίπτωση του επεξεργαστή) από τα συνήθη στερεά υλικά. Ο επεξεργαστής χρησιμοποίησε δύο προγράμματα επεξεργασίας, που αποκαλούνται κβαντικοί αλγόριθμοι, για να λύσει δύο διαφορετικά προβλήματα.

Οι κλασικοί υπολογιστές χρησιμοποιούν μια σειρά από «0» και «1» για να αποθηκεύσουν και να μεταφέρουν τις πληροφορίες. Όμως τα κβαντικά συστήματα αξιοποιούν την λεγόμενη «υπέρθεση», όπου όλοι οι δυνατοί συνδυασμοί μπορούν να υπάρχουν ταυτόχρονα, γεγονός που αυξάνει τρομερά την ποσότητα των πληροφοριών και την ταχύτητα επεξεργασίας τους.

Τα λεγόμενα «κβαντικά bits» (qubits) μπορούν επίσης να αξιοποιήσουν μια άλλη παράξενη κβαντική ιδιότητα, την «κβαντική εμπλοκή», κατά την οποία η κατάσταση μιας κβαντικής μονάδας πληροφορίας (δηλαδή ενός qubit) επηρεάζει αυτομάτως την κατάσταση ενός άλλου qubit που βρίσκεται σε απόσταση. Έτσι, οι κβαντικοί υπολογιστές θα μπορούν να χρησιμοποιούν «qubits σε κβαντική εμπλοκή» για να επεξεργάζονται αστραπιαία τις πληροφορίες.

Μέχρι τώρα είχαν δημιουργηθεί κβαντικοί αλγόριθμοι, αλλά για χρήση μόνο σε συστήματα που χρησιμοποιούσαν λέιζερ η αιωρούμενα ιόντα με τη βοήθεια ισχυρών μαγνητών. Τώρα, είναι η πρώτη φορά που δημιουργήθηκε ένας πιο κβαντικός επεξεργαστής, πλησιέστερος στην στερεή φύση και στην λειτουργία των σημερινών επεξεργαστών.

Η συσκευή που έφτιαξε η ομάδα του Γιέηλ, αποτελείται από δύο «transmon qubits», δηλαδή από μικροσκοπικά κομμάτια ενός υπεραγώγιμου υλικού, το οποίο αποτελείται από ένα φιλμ νιοβίου πάνω σε ένα λεπτό υπόστρωμα οξειδίου του αλουμινίου, όπου έχουν χαραχτεί κενά. Το ηλεκτρικό ρεύμα διατρέχει αυτά τα κενά, ενώ τα δύο qubits του πρωτότυπου αυτού ηλεκτρονικού επεξεργαστή είναι διαχωρισμένα από μια κοιλότητα που περιέχει μικροκύματα.

Το πλεονέκτημα είναι ότι όλη η συσκευή αποτελείται από στερεά υλικά, ενώ παράγεται με την χρήση καθιερωμένων βιομηχανικών τεχνικών. Όμως υπάρχουν και σημαντικές διαφορές με έναν συμβατικό κομπιούτερ, αφού ο νέος κβαντικός επεξεργαστής λειτουργεί λίγο πάνω από την θερμοκρασία του απολύτου μηδενός (μείον 273,15 βαθμοί Κελσίου), γεγονός που απαιτεί εξειδικευμένη τεχνολογία ψύξης.