Mokslo ir technologijų pasaulis

Bristolio universiteto Kvantinės fotonikos centro mokslininkai sukūrė silicio lustą, kuris jau netolimoje ateityje gali būti pritaikytas sudėtingiems skaičiavimams ir modeliavimams atlikti panaudojant kvantus. Išradėjai įsitikinę, jog jų įtaisas žymi naują etapą kuriant kvantinį kompiuterį.

Įprastiniuose kompiuteriuose skaičiavimai atliekami operuojant informacijos bitais. Tuo tarpu kvantinis kompiuteris operuoja kvantiniais bitais arba kubitais. Įprastiniai tranzistorinės logikos pagrindu realizuojami bitai vienu metu gali koduoti tik vieną loginę būseną - 1 arba 0. Kubitas vienu metu gali būti keliose būsenose, todėl jis potencialiai gali saugoti didesnį informacijos kiekį ir gali būti panaudojamas informacijai apdoroti didesne sparta.

"Vyrauja nuomonė, jog kvantinio kompiuterio teks laukti mažiausiai dar 25 metus", sako Kvantinės fotonikos centro direktorius Jeremy O’Brien. "Tačiau mes manome, jog panaudojant mūsų išradimą, kvantinis kompiuteris jau po dešimties metų galės atlikti tokius skaičiavimus, kurie savo sudėtingumu bus neįveikiami tradiciniams kompiuteriams".

Bristolio universitete sukurtame luste naudojamos dvi identiškos šviesos dalelės (fotonai), kurie, judėdami silicio grandyne integruotų grandynų tinklu, imituoja kvantinį vadinamojo atsitiktinio klajojimo (angl. quantum random walk, quantum walk) eksperimentą. Tokie eksperimentai naudojant vieną fotoną buvo atliekami ir anksčiau, be to, juos įmanoma sumodeliuoti remiantis klasikine bangų fizika. Tačiau tai yra pirmas kartas, kada kvantinio atsitiktinio klajojimo efektas pademonstruotas iškart su dviem dalelėm.

Eksperimentai su dviejų kvantų sistemomis buvo pademonstruoti ir anksčiau, tačiau anksčiau tokio tipo sistema veikė ne silicio mikrograndyne, o superlaidžiuose lustuose. "Naudodami dviejų fotonų sistemą, mes galime atlikti skaičiavimus, kurie savo sudėtingumų ankstesnius lenkia eksponentiškai", sako profesorius O’Brien.  "Tai yra naujo kvantinės informatikos mokslo pradžia, kuris turėtų pratęsti kelią kvantinių kompiuterių link ir padėti mums išsiaiškinti vienus sudėtingiausių mokslinių klausimų", sako specialistas. Artimiausiu metu tyrinėtojų komanda planuoja pritaikyti kuriant naujus modeliavimo įrankius. Vėliau, kvantinio kompiuterio prototipas, susidedantis iš daugelio kvantų sistemos, galėtų būti panaudotas sudėtingiems kvantiniams procesams modeliuoti. Pavyzdžiui, į tokių procesų tarpą patenka superlaidumas bei fotosintezė. "Mūsų metodas gali padėti suprasti tokius svarbius procesus ir padėti, pavyzdžiui, sukurti efektyvesnius fotogalvaninius elementus", priduria O’Brien. Kitos potencialios taikymo sritys - ultragreiti ir efektyvūs paieškos varikliai, naujų medžiagų ir medikamentų kūrimas.

"Dabar, kai mes galime tiesiogiai atlikti ir stebėti dviejų fotonų atsitiktinį klajojimą, perėjimas prie trijų fotonų arba daugiafotoninio įtaiso yra palyginti nesudėtingas, tačiau rezultatai turėtų būti daug žadantys. Kiekvieną kartą sistemą papildant dar vienu fotonu, sprendžiamo uždavinio sudėtingumas padidėja eksponentiniu dėsniu, tad jei vieno fotono kvantinis klajojimas gali turėti 10 išeičių, dviejų fotonų išeičių skaičius siekia 100, trijų - 1000, ir taip toliau", sako mokslininkas.

Tyrinėtojų grupė, į kurią taip pat įeina specialistai iš Japonijos Tohoku universiteto, Izraelio Weizmann instituto ir Nyderlandų Twente universiteto, dabar planuoja panaudoti lustą kvantinės mechanikos procesams imituoti. Tyrinėtojai taip pat planuoja sprendžiamų uždavinių sudėtingumą didinti ne tik įvesdami papildomus fotonus, bet ir panaudodami sudėtingesnės struktūros grandynus. Mokslinių tyrimų rezultatai publikuoti šio mėnesio žurnalo "Science" numeryje.