Įprastiniai kompiuteriai informacijos apdorojimui naudoja bitus. Pagrindinis kvantinio skaičiavimo vienetas yra kubitas. Tai fizinės sistemos, galinčios egzistuoti dviejose skirtingose būsenose, tad, gali atstovauti kompiuterių vykdomo dvejetainio kodo vienetukus ir nuliukus.

Kubitas gali būti elektriniame lauke laikomas elektronas, ar taip poliarizuotas fotonas kad būtų paprasta keisti jo sukinį. Kubitų parengimui, kaip ir jų nuskaitymui ir rašymui reikia labai kietos įrangos. Žiūrint, kokią technologiją pasirinksite, jums prisireiks rubino lazerio, nelinijinio krištolo ar netgi rožinio deimanto.

Štai čia vyksta stebuklai! Kubitų pranašumas prieš įprastus bitus yra tas, kad jie gali būti superpozicijos būsenoje, t. y. 0 ir 1 tuo pačiu metu. Tačiau tai atlikti nelengva – bet koks šilumos dvelktelėjimas, elektromagnetinis triukšmas ar fizinė vibracija šią būseną gali sutrikdyti. Taigi, teks investuoti į rimtą šaldymą, parengti folijos skydą ir vaikščioti ant pirštų galiukų arba investuoti į geriausią vibracijų slopinimo sistemą.

Netgi tada kompiuterį galėsite panaudoti tik ribotą skaičių kartų, iki superpozicijai suyrant. Primygtinai patariama atidžiai stebėti šį „koherencijos laiką“, o taip pat, daromų klaidų skaičių.

Gerai, melavome, štai kur vyksta tikroji magija. Dėl to, ką Einšteinas pavadino baugiu veikimu per atstumą, dvi subatominės dalelės gali tapti neišskiriamai susietos. Šiuo saitu galima manipuliuoti iš karto daugeliu kubitų. Todėl kvantiniai kompiuteriai yra tokie įspūdingi: vos aštuoni kubitai, susieti ir laikomi superpozicijoje, gali tuo pačiu metu būti bet kuriuo skaičiumi nuo 0 iki 255, ir taip atlikti daug operacijų tuo pačiu metu.

Tad, štai dar vienas dalykas, į kurį reikėtų atkreipti dėmesį, svarstant pirkinį: kiek susietų kubitų jūsų pasirinktas aparatas gali valdyti vienu metu? Nežvelkite pernelyg aukštai. Kol kas 14 kubitų rekordas, pasiektas 2012 m., priklauso Rainerio Blatto grupei iš Innsbrucko universiteto Austrijoje.

Klaidas daro netgi įprastiniai kompiuteriai. Kartais bitą gali sujaukti įtampos šuoliukas ar kosminis spindulys ir pakeisti, tarkime, iš 0 į 1. Procesoriai susitvarko su tuo, darydami kopijas, bet kubitams tai netinka dėl vadinamosios neklonavimo teoremos.

Laimei, yra galinčių tai apeiti klaidų taisymo algoritmų. Bėda, kad tam reikia daug kubitų, maždaug 100 – 10 000 kartų daugiau, nei reikia pateiktų skaičiavimų atlikimui. Gerai, kad mūsų gebėjimas kurti kubitų masyvus klaidų taisymui sparčiai gerėja. O ir pačių klaidų mažėja. Birželį, IBM atskleidė klaidų taisymo kodą, gerai tinkantį dideliems kubitų masyvams, kurie turėtų aplenkti įprastus kompiuterius. Iš esmės esame ten, kur ir turėtume būti, kad pradėtume kurti įdomius kvantinius kompiuterius.

Tai visos kvantinės skaičiavimo technikos senelis. 1962-aisiais, Kembridžo fizikas Brianas Josephsonas parodė, kad mažas plyšelis medžiagoje, neturinčioje elektrinės varžos žemoje temperatūroje – superlaidininke – daro stebinantį poveikį. Pavyzdžiui, superlaidžios kilpos, turinčios tokią „Josephsono jungtį“ praleidžia srovę pagal laikrodžio rodyklę ir prieš laikrodžio rodyklę tuo pačiu metu. Tai yra būsenų superpozicija – būtent to kubitui ir reikia.

Be to, šios sistemos gaminamos iš pagrindinės technologijų pramonės medžiagos – silicio. „Taip galime panaudoti standartinius litografijos instrumentus,“ sako Steffenas. „Taip nesi natūralių sistemų vergas, ir išmokus luste patikimai sukurti keletą kubitų, turėtų ant to paties lusto sutalpinti jų daug daugiau.“ Todėl superlaidininkai yra geras pasirinkimas pirkėjui, ieškančiam išbandyto ir patikrinto sprendimo savo kvantinių skaičiavimų poreikių patenkinimui.

Jei šis būdas patiko, reikės atlikti dar vieną pasirinkimą: transmonai ar Xmon? Transmonai yra kilpos formos ir kol kas galima sujungti daugiausiai penkis. Standartinis transmonas savo koherentumą gali išlaikyti apie 50 mikrosekundžių – pakankamai ilgai, kad būtų galima naudoti kvantiniuose tinkluose. Be to, pasak Görano Wendino iš Chalmers universiteto Gothenburge, Švedijoje, dvigubai ilgesnio koherentumo ir 10 – 20 transmonų masyvai jau visai ne už kalnų.

Kalifornijos universiteto Santa Barbaroje (UCSB) komandos sukurti Xmonai yra kryžiuko formos superlaidūs kubitai iš safyro, įtaisyto aliuminyje. UCSB grupė gali sujungti daugiausiai penkis ir sukurti masyvą, taisantį savo paties klaidas, ir veikiantį devynių kubitų masyve. Johnas Martinis iš UCSB, neseniai paskelbęs apie bendradarbiavimą su Google, mano, kada dabar jie gali veržtis pirmyn: „Mano iššūkis grupei yra kasmet padvigubinti kubitų skaičių.“ Tai nebus lengva atlikti: dar reikės padirbėti su mašinos vykdomų algoritmų tipais ir architektūra.

Jei esate linkęs bandyti kas naujausia, turėtumėte žvilgtelėti, ką siūlo Andrea Morello grupė Naujojo Pietų Velso universitete (UNSW) Sidnėjuje, Australijoje. Jų vienintelis fosforo atomas silicinio luste gal ir neskamba taip įspūdingai, kaip superlaidžių kilpų penketas, bet tikrai turi savų pranašumų.

Morello'o komanda gali suteikti atomo sukiniui superpoziciją, manipuliuoti šia neryškia kvantine būsena ir tada nuskaityti ją mikrobangomis. Morello'as sako, kad komanda koherentumą išlaikė „dešimtis sekundžių“ – daugybė laiko vykdyti išsvajotas kvantines programas. Be to, numatoma šį laiką ilginti. Simono Fraserio universiteto Burnaby'yje, Kanadoje, mokslininkai sugebėjo fosforo silicyje įrenginį išsilaikyti beveik 40 minučių kambario temperatūroje. Be to, jie išlaikė superpoziciją, kaitaliodami jo temperatūrą tarp kambario temperatūros ir 4,2 kelvinų.

Kol kas UNSW grupė iš vieno atomo išspaudžia du kubitus, naudodami fosforo branduolį kaip pirmąjį, ir vieną iš jo elektronų kaip antrąjį. Birželį jie paskelbė galintys suporuoti du atomus ir nuskaityti visus keturis sukinius, nors manipuliuoti jais dar neina. Kai tai pavyks, jie planuoja sukurti keletą kubitų, kad galėtų pradėti vykdyti kvantinius skaičiavimus. Bet tai truks trejetą ketvertą metų, o programų teks laukti dar ilgiau.

Komentarai (7)