Eksperimenti i thyerjes së rekordeve mund të zgjidhë një sfidë të madhe në kompjuterin kuantik

Dy atome të fryrë në një madhësi pothuajse komike dhe të ftohur në një fraksion mbi zero absolute janë përdorur për të gjeneruar një portë kuantike të fuqishme, jashtëzakonisht të shpejtë me dy kubit që mund të ndihmojë në kapërcimin e disa sfidave të vazhdueshme të informatikës kuantike.

Meqenëse një portë me dy kubit është blloku themelor i ndërtimit të kompjuterëve kuantikë efikasë, ky zbulim ka implikime të mëdha. Mund të çojë në një lloj të ri të arkitekturës së kompjuterit kuantik që thyen kufizimet aktuale për operacionet kuantike pa zhurmë.

Qubit është një tkurrje, e shkurtër për termin “bit kuantik”. Është ekuivalenti i llogaritjes kuantike i një biti konvencional – njësia bazë e informacionit mbi të cilën bazohet teknologjia informatike.

Për të zgjidhur një problem në mënyrën e vjetër, informacioni (dhe logjika e përdorur për ta llogaritur atë) përfaqësohet nga një sistem binar. Ashtu si një çelës dritash, njësitë që përbëjnë këtë sistem janë të gjitha në një gjendje ekskluzive të ndezur ose të fikur. Ose, siç përshkruhen shpesh, si një ose zero.

Ajo që e bën llogaritjen kuantike shumë më të fuqishme është se kubitët mund të jenë të dyja njëkohësisht, si një gjendje e njohur si një mbivendosje kuantike. Në vetvete, një qubit nuk është shumë një kompjuter. Të kombinuara (ose të ngatërruara) me mbivendosjet e kubitëve të tjerë, megjithatë, ato mund të përfaqësojnë disa algoritme serioze të fuqishme.

Porta me dy kubit është një operacion logjik i bazuar në gjendjen kuantike të dy kubitëve të ngatërruar. Është komponenti më i thjeshtë i një kompjuteri kuantik, i cili lejon kubitët të ngatërrohen dhe të lexohen.

Shkencëtarët kanë eksperimentuar me porta kuantike të bazuara në materiale të ndryshme për disa kohë dhe kanë arritur disa zbulime të jashtëzakonshme. Megjithatë, një problem ka vazhduar të jetë i rëndësishëm: mbivendosjet e kubitëve mund të degradohen shpejt dhe lehtë falë ngatërrimit të burimeve të jashtme gjithashtu.

Përshpejtimi i portës është mënyra më e mirë për të zgjidhur këtë problem: meqenëse ajo ndërhyrje është përgjithësisht më e ngadalshme se një e milionta e sekondës (një mikrosekondë), një portë kuantike që është më e shpejtë se kjo do të jetë në gjendje të “kalojë” zhurmën për të prodhuar saktë llogaritjet.

Për të marrë një anim në këtë qëllim duke përdorur një qasje paksa të ndryshme nga ajo e zakonshme, një ekip studiuesish i udhëhequr nga fizikanti Yeelai Chew i Institutit Kombëtar të Shkencave të Natyrës në Japoni iu drejtua një organizimi të komplikuar.

Vetë kubitët janë atome të rubidiumit të metalit në gjendje të gaztë. Duke përdorur lazer, këto atome u ftuan pothuajse në zero absolute dhe u pozicionuan në një distancë të saktë në shkallë mikron nga njëri-tjetri duke përdorur piskatore optike – rreze lazer që mund të përdoren për të manipuluar objekte në shkallë atomike.

Më pas, fizikantët pulsuan atomet me lazer. Kjo i rrëzoi elektronet nga distanca më e afërt orbitale në secilën prej bërthamave atomike në një ndarje shumë të gjerë orbitale, duke i fryrë atomet në objekte të njohura si atomet Rydberg. Kjo prodhoi një shkëmbim periodik prej 6.5 nanosekondash të formës së orbitës dhe energjisë së elektroneve midis atomeve tani të mëdha.

Duke përdorur më shumë impulse lazer, ekipi hulumtues ishte në gjendje të kryente një operacion të portës kuantike midis dy atomeve. Shpejtësia e atij operacioni ishte 6.5 miliarda e sekondës (nanosekonda) – mbi 100 herë më e shpejtë se çdo eksperiment i mëparshëm me atomet Rydberg, thanë studiuesit, gjë që vendos një rekord të ri për portat kuantike bazuar në këtë lloj teknologjie të veçantë.

Kjo nuk po mposht ende rekordin e përgjithshëm për operacionet më të shpejta të portës kuantike me dy kubit. Kjo u arrit në vitin 2019, duke përdorur atomet e fosforit në silikon, duke arritur një 0.8 nanosekonda mahnitëse; por puna e re përfshin një qasje të ndryshme që mund të anashkalojë disa nga kufizimet e llojeve të tjera aktualisht në zhvillim.

Përveç kësaj, eksplorimi i arkitekturave të ndryshme mund të çojë në të dhëna që ndihmojnë në minimizimin e mangësive në llojet e tjera të pajisjeve.

Hapat e ardhshëm, tha ekipi, janë mjaft të qarta. Ata duhet të zëvendësojnë lazerin komercial me një të ndërtuar për qëllime, në mënyrë që të përmirësojnë saktësinë, pasi lazeri mund të kontribuojë në zhurmë; dhe të zbatojë teknika më të mira kontrolli.