Caltech ndërton kompjuterin kuantik më të madh në botë me atome neutrale

Fizikantët e Caltech kanë krijuar kompjuterin kuantik me atom neutral më të madh deri më sot, duke bllokuar 6,100 atome ceziumi si kubitë në një varg të vetëm. Rezultati, i botuar në Nature të enjten, përfaqëson një rritje të konsiderueshme krahasuar me vargjet e mëparshme, të cilat përmbanin vetëm qindra kubitë.

Studiuesit e zgjeruan sistemin e tyre nga qindra kubitët tipikë në eksperimentet e kaluara në më shumë se 6,000, duke ruajtur stabilitetin dhe saktësinë në nivelet e nevojshme për makinat praktike.

Ekipi tha se arriti kohë koherence prej rreth 13 sekondash – gati 10 herë më të gjata se eksperimentet e kaluara – ndërsa kryente operacione me një kubit të vetëm me saktësi 99.98%.

Një kubit, ose bit kuantik, është njësia themelore e informacionit në një kompjuter kuantik. Ndryshe nga një bit klasik – i cili mund të jetë ose 0 ose 1 – një kubit mund të ekzistojë në një mbivendosje të të dy gjendjeve njëkohësisht, duke i lejuar atij të kryejë shumë llogaritje paralelisht. Sfida është mbajtja e asaj gjendjeje delikate të qëndrueshme për aq kohë sa të jetë e mundur për të kryer llogaritjet.

Ky stabilitet quhet “koherencë” dhe kërcënohet vazhdimisht nga zhurma, nxehtësia ose fushat elektromagnetike të humbura. Sa më gjatë të mbetet koherent një kubit, aq më komplekse dhe të besueshme janë operacionet që një procesor kuantik mund të kryejë përpara se të shfaqen gabime.

“Ky është një moment emocionues për informatikën kuantike me atome neutrale”, tha në një deklaratë profesori i fizikës në Caltech dhe hetuesi kryesor i projektit, Manuel Endres. “Tani mund të shohim një rrugë drejt kompjuterëve të mëdhenj kuantikë të korrigjuar nga gabimet. Blloqet ndërtuese janë në vend.”

Megjithatë, sipas studentit të diplomuar të Caltech, Elie Bataille, i cili punoi në projekt, sasia e kohës është vetëm një faktor në procesin kuantik.

Ajo që ju nevojitet është një kohë koherence shumë e gjatë krahasuar me kohëzgjatjen e operacioneve tuaja, tha Bataille për Decrypt. Nëse operacionet tuaja janë një mikrosekondë dhe keni një sekondë kohë koherence, kjo do të thotë që mund të bëni rreth një milion operacione.

Studiuesit përdorën ” pinca optike “, të cilat janë rreze drite shumë të fokusuara, për të kapur dhe pozicionuar atomet individuale. Duke ndarë një lazer të vetëm në 12,000 nga këto kurthe të vogla drite, ata ishin në gjendje të mbanin 6,100 atome të palëvizshme brenda një dhome vakumi.

Nëse përdorni një lazer në gjatësinë e valës së duhur, mund ta bëni dritën tërheqëse për atomin, duke krijuar një kurth, tha Bataille. Nëse e kufizoni rrezen e dritës në një pikë shumë të vogël, rreth një mikrometër, mund të tërheqni dhe të bllokoni shumë atome.

Ekipi tregoi se mund të lëviznin atomet brenda grupit pa prishur gjendjen e tyre të brishtë kuantike, të njohur si superpozicion. Kjo aftësi për të zhvendosur kubitët duke i mbajtur ato të qëndrueshëm mund ta bënte më të lehtë korrigjimin e gabimeve në kompjuterët kuantikë të së ardhmes.

Sistemet kuantike me atome neutrale po tërheqin vëmendjen si konkurrentë të qëndrueshëm ndaj qarqeve superpërçuese dhe platformave me jone të bllokuara. Një nga avantazhet e tyre unike është rikonfigurimi fizik: atomet mund të riorganizohen gjatë një llogaritjeje duke përdorur kurthe optike mobile, gjë që jep lidhshmëri dinamike që topologjitë e harduerit të ngurtë kanë vështirësi ta arrijnë. Deri më tani, shumica e vargjeve me atome neutrale kanë përmbajtur vetëm qindra kubitësh, duke e bërë arritjen prej 6,100 kubitësh të Caltech një hap të madh përpara.

Rezultati vjen ndërsa kompanitë dhe laboratorët në mbarë botën po shtojnë në shkallë makinat kuantike. IBM është zotuar të ndërtojë një kompjuter superpërçues prej 100,000 kubitësh deri në vitin 2033, ndërsa firma si IonQ dhe QuEra po zhvillojnë qasje me kurth jonik dhe atome neutrale. Quantinuum, me seli në Kolorado, synon të ofrojë një kompjuter kuantik plotësisht tolerant ndaj defekteve deri në vitin 2029.

Pika tjetër e rëndësishme është demonstrimi i korrigjimit të gabimeve në shkallë të gjerë, gjë që do të kërkojë kodimin e kubiteve logjike nga mijëra kubite fizikë. Kjo është thelbësore nëse kompjuterët kuantikë do të zgjidhin probleme praktike në kimi, materiale dhe më gjerë.

“Një kompjuter tradicional bën një gabim çdo 10 në fuqinë e 17 operacioneve (rreth 100 kuadrilionë)”, tha Bataille. “Një kompjuter kuantik nuk është aspak afër këtij saktësie dhe ne nuk presim ta arrijmë atë nivel vetëm me pajisje harduerike.”

Ekipi i Caltech planifikon të lidhë kubitët përmes ngatërresës, një hap i nevojshëm për kryerjen e llogaritjeve kuantike në shkallë të plotë.

Ndërsa grupi prej 6,100 kubitësh i Caltech-ut nuk ofron ende një kompjuter kuantik praktik, duke kombinuar shkallën, saktësinë dhe koherencën në një sistem, ai vendos një pikë referimi të re dhe forcon rastin për atomet neutrale si një platformë kryesore në informatikën kuantike.