Naujas kvantinio pasaulio rekordas: 14 kubitų sistema

Fizikinę sąvoką „susietumas“ dar 1935 metais pirmasis pavartojo austrų fizikos Nobelio premijos laureatas Ervinas Šriodingeris (Erwin Schrödinger). Ji aprašo kvantinės mechanikos reiškinį, kurį galima nesunkiai pademonstruoti eksperimentiškai, bet kur kas sudėtingiau suprasti teoriškai. Susietųjų dalelių negalima laikyti atskiromis dalelėmis, turinčiomis tiksliai apibrėžtas būsenas, nes į jas reikia žvelgti kaip į vientisą sistemą. Kvantiniai kompiuteriai, kurių veikimo pagrindą sudarys susietieji kvantiniai bitai, su tam tikromis užduotimis susidoros gerokai sparčiau už šiandienines mašinas. „Suprasti kvantinį susietumą darosi žymiai sunkiau, kuomet pradedame kalbėti apie daugiau nei dvi daleles“, – teigia Tomasas Monzas (Thomas Monz), dirbantis jaunesniuoju mokslininku tyrėjų grupėje, kuriai vadovauja Raineris Blatas (Rainer Blatt) iš Insbruko universiteto Eksperimentinės fizikos instituto. „Dabar mūsų daugiadalelis eksperimentas suteikia naujų įžvalgų, leidžiančių kitaip pažvelgti į susietumo reiškinį“, – prideda R. Blatas.

Nuo 2005 metų R. Blato vadovaujama tyrėjų komanda nuolat gerino eksperimentiškai realizuotų susietųjų kvantinių bitų rekordus. Iki šiol niekam nepavyko pralenkti ankstesniojo austrų rezultato – 8 susietųjų dalelių, suformuojančių kvantinį baitą. Dabar Insbruko universiteto specialistams pavyko beveik padvigubinti šį rekordą. Mokslininkai jonų gaudyklėje, labai panašioje į kvantinį kompiuterį, patalpino 14 kalcio atomų, kuriuos veikė lazerio spinduliuote. Vidinės kiekvieno atomo būsenos suformavo kubitus, taip sukurdamos 14 kubitų registrą, kuris sudaro ateities kvantinių kompiuterių veikimo pagrindą. Įdomu tai, kad Insbruko universiteto fizikai išsiaiškino, jog atomų slopinimo sparta yra ne tiesinė, kaip paprastai buvo tikimasi, bet proporcinga kubitų skaičiaus kvadratui. Kuomet kelios dalelės pereina į susietąją būseną, tuomet sistemos jautris nepaprastai išauga. „Šis procesas yra žinomas superdekoherencijos vardu, tačiau kvantinių duomenų apdorojimo atveju yra stebimas labai retai“, – paaiškina T. Monzas. Jis ne tik svarbus konstruojant kvantinius kompiuterius, bet ir kuriant itin tikslius atominius laikrodžius arba atliekant kvantinio modeliavimo užduotis.

Visai neseniai Insbruko fizikams jonų gaudyklėje pavyko patalpinti 64 daleles. „Tačiau dar nesame pasiruošę susieti tokio didelio dalelių skaičiaus, – apgailestauja jaunasis mokslininkas. – Vis dėlto dabartiniai mūsų pastebėjimai leidžia geriau suprasti daugybės susietų dalelių elgesį“. Visa realu, jog šios žinios greitu laiku leis susieti dar daugiau atomų.

Prieš kelias savaites R. Blato tyrėjų grupė aprašė kitą ne mažiau svarbų atradimą prestižiniame žurnale „Nature“. Mokslininkams pavyko parodyti, jog jonus galima susieti elektromagnetiniu ryšiu. Tai leidžia veiksmingai sujungti daugybę nedidelių kvantinių registrų viename mikroluste. „Visi šie atradimai yra svarbūs žingsniai, siekiant, kad kvantinės technologijos būtų tinkamos praktiniam informacijos apdorojimui“, – užbaigia mintį R. Blatas.

Šio tyrėjų darbo rezultatai aprašyti „Physical Review Letters“ žurnale.