150 tysięcy kubitów w jednym układzie. Komputery kwantowe czeka rewolucja

Komputery kwantowe i kubity są niczym nierozłączny duet. Dzięki nim możliwe będzie wykonywanie obliczeń, które klasycznym komputerom zajęłyby dziesiątki, setki, a nawet tysiące lat.

Z tego względu niezwykle imponujące wydają się doniesienia o tym, jak naukowcy stworzyli ponad 150 000 kubitów na bazie krzemu, które mogą być połączone ze sobą za pomocą światła. Do tej pory komputery kwantowe składały się natomiast z grup liczących nie więcej niż kilkaset kubitów.

Czytaj też: Sztuczna inteligencja na poziomie niemowlaka. Niewiarygodne, czego się nauczyła po 28 godzinach

Kubity to inaczej bity kwantowe, które mogą istnieć w stanie zwanym superpozycją. W takim przypadku nie są one 0 ani 1, lecz obiema tymi wartościami jednocześnie. W efekcie każdy kubit może wykonywać dwa obliczenia za jednym razem. Im więcej bitów kwantowych jest ze sobą splątanych w obrębie komputera kwantowego, tym większa będzie jego moc obliczeniowa.

Ustalenia dotyczące nowych badań w tym temacie zostały zaprezentowane na łamach Nature. Publikacja opisuje jak po raz pierwszy naukowcom udało się wykryć pojedyncze spiny optycznie w kubitach w krzemie. W przyszłości możliwe powinno być natomiast wykorzystanie światła do – jak wyjaśnia Stephanie Simmons z Simon Fraser University w Burnaby – posiadania kubitów splątanych ze sobą w całym układzie lub w całym centrum danych z taką łatwością, jak gdyby znajdowały się obok siebie.

Komputery kwantowe opierają się na kubitach, czyli bitach kwantowych

Wcześniej jedynym sposobem na splątanie spinów razem było wykorzystanie elektromagnetyzmu. W związku z tym kubity musiały znajdować się bardzo blisko siebie, co było okolicznością utrudniającą. Autorzy nowych badań wydrukowali 150 000 mikropunktów na komercyjnych, standardowych krzemowych płytkach fotonicznych zintegrowanych z izolatorem. Każdy z tych mikropunktów miał szerokość od 0,5 do 2,2 mikrometra i mieścił średnio jedno centrum T, na którym bazują kubity spinowe.

Pod wpływem pola magnetycznego stany kubitów spinowych w każdym centrum T mają nieco inne energie. Każdy z nich emituje też inną długość fali światła. W efekcie naukowcy są w stanie wykryć stan każdego kubitu spinowego optycznie w tych centrach. Kubity spinowe mogą też łączyć się z innymi kubitami poprzez emitowanie światła często używanego w sieciach telekomunikacyjnych. W ten sposób kubity mogą współpracować w procesorze kwantowym, a komputery kwantowe – w internecie kwantowym.

Czytaj też: Czujnik kwantowy wykrywa sygnały elektromagnetyczne o dowolnej częstotliwości. Oto kilka możliwości jego wykorzystania

I choć wspomniane centra T są znane nauce od lat 70. ubiegłego wieku, to dopiero zespół Simmons zaczął badać je w związku z kubitami. Jak wyjaśnia Simmons, możliwe, że wcześniej naukowcy zakładali, iż potencjalne kubity spinowo-fotonowe w krzemie miały po prostu mniejsze szanse na konkurowanie z kandydatami w innych materiałach, takich jak diament i węglik krzemu.