Se kuulostaa fantasialta, mutta venäläiset tutkijat onnistuivat ”sekoittamaan” kaksi elektronia kvanttipistejärjestelmässä. Tämä ei ole vain kaunis temppu – tämä löytö avaa tien uuden, tehokkaamman kvanttitietokoneiden arkkitehtuurin luomiseen.
Sisällysluettelo
Kun yksi elektroni ei enää riitä
Aiemmin kubittien – kvanttitietokoneiden perustan – luomiseen käytettiin yhtä elektronia kahden tilan superpositioissa. Se sijoitettiin kahteen toisiinsa yhdistettyyn kvanttipisteeseen, jotka muistuttivat energiakuoppia. Elektroni ikään kuin ”levittyi” niiden välillä ja oli selvästi paikannettavissa vain mittaushetkellä.
Useiden hiukkasten kanssa työskenteleminen on paljon monimutkaisempaa.
Tutkijat FTI RAN:sta ja MFTI:sta menivät pidemmälle: he laukaisivat kvanttijärjestelmään heti kaksi elektronia ja saavuttivat kvanttisen sekavuuden niiden välillä. Tämä oli alku kubittien luomiselle – kubittien ”tyhjennetyille” analogeille, jotka pystyvät tallentamaan ja käsittelemään paljon enemmän tietoa.
”Kahden elektronin esimerkillä ratkaisimme ongelmat, jotka ilmenevät tarkasteltaessa identtisiä vuorovaikuttavia hiukkasia…”, selitti Leonid Fedikins, NIKS, MFTF:n varajohtaja.
Kudits: 100 000 kertaa tehokkaampi kuin tavalliset bitit
Muisti, joka koostuu n kuditeista, joista jokaisella on neljä tilaa (ns. kukuadritit), voi tallentaa 4⁁ muuttujaa. Vertailun vuoksi tavallinen n-bittinen muisti voi tallentaa vain n muuttujaa. Tuloksena on satojen tuhansien kertainen ero!
Kuinka elektronit sotkeutuvat
Idea perustuu samankaltaisesti varautuneiden hiukkasten hylkimiseen. Elektronit liikkuvat kvanttipisteiden renkaassa ja ovat luonnollisesti vuorovaikutuksessa keskenään, muodostaen sidoksissa olevan tilan. Lisäksi, niin epätavallista kuin se onkin, pienen kohinan lisääminen edistää tällaisen rakenteen vakautta.
Tutkijat laskivat ja erottivat todellisen yhteyden väärästä (joka syntyy vuorovaikutukseen osallistumattomien hiukkasten välillä) ja osoittivat, että järjestelmä toimii jopa häiriöiden ollessa läsnä. He testasivat vaihtoehtoja, joissa oli 6, 8, 10 ja 12 pistettä, ja saivat vakaita monipisteisiä rakenteita.
Miksi tämä on tärkeää?
Nykyaikaiset kvanttitietokoneet kohtaavat vakavan ongelman: suurta määrää kubitteja ei voida yhdistää luotettavasti. Mutta juuri sitä tarvitaan käytännön ongelmien ratkaisemiseen – koodien murtamisesta lääkkeiden ja aurinkopaneelien mallintamiseen.
Venäläisten fyysikoiden työ vie meitä kohti hetkeä, jolloin kvanttilaskenta lakkaa olemasta laboratoriossa harvinaisuus. Kyllä, kvanttitietokone ei ole kaikkivoipa, mutta siellä, missä sitä todella voidaan käyttää, ajansäästö voi olla jopa tuhansia vuosia.
