Szerző: Folyó Gergely

2012. február 29. 12:31:00

Áttörés szélén áll az IBM a kvantumszámítógép-kutatásban

Az IBM kutatói olyan megoldást dolgoztak ki, ami révén a kvantumbitek jóval tovább megőrzik kvantummechanikai tulajdonságaikat, ezzel közel teljesül minden feltétel ahhoz, hogy a korábbi elméleteknek megfelelően, gyakorlatban is alkalmazható kvantumszámítógépeket építsenek. Az eljárással akár több száz vagy ezer qubit is összekapcsolható.

Újabb lépést tett a gyakorlatban is alkalmazható kvantumszámítógépek megépítése felé az IBM Research, a vállalat tudósai a kutatások során a kvantumbitek (qubitek) által végzett elemi műveleteknél jelentkező hibák csökkentését célozták, illetve arra törekedtek, hogy azok minél hosszabb ideig megőrizhessék kvantummechanikai tulajdonságaikat. Az IBM szerint a legutóbbi fejlemények megteremtik annak a lehetőségét, hogy a jövőben lényegesen több kvantumbitet kapcsoljanak össze.

1 és 0 egyszerre

A kvantumszámítógépekben az adatok alapegysége a kvantumbit (qubit), aminek sajátossága, hogy nemcsak 1 és 0 értéket tud felvenni, hanem az úgynevezett szuperpozícióban a kettőt akár egyszerre is. Két qubit például négy állapotot vehet fel együttesen, elméletben pedig a kvantumszámítógépek több millió műveletet tudnak majd végrehajtani egy időben. Mindez meglehetősen komplex számításokat és a mai szuperszámítógépekhez képest páratlan számítási teljesítményt tesz lehetővé: a kvantumszámítógépeket hatékonyan lehet majd bevetni strukturálatlan információkból felépülő adatbázisokban való keresésnél, különféle optimalizálási feladatoknál, összetettebb matematikai problémák megoldásánál és adattitkosításnál is - egy kvantumszámítógépen például alig néhány órába telik egy 1000 számjegyű kód feltörése.

A kutatók számára az egyik legnagyobb kihívást a kvantum dekoherencia megszüntetése vagy szabályozása jelenti, ami alatt olyan számítási hibákat értünk, amik külső tényező, például hő vagy elektromágneses sugárzás által okozott interferencia miatt következnek be. A tudósok évek óta kísérleteznek olyan eljárásokkal, amik csökkenteni tudják a hibák számát vagy éppen megnövelhetik azt az időt, amíg a qubitek megőrzik kvantummechnaikai tulajdonságaikat; ha ez az idő elég hosszú, a különféle hibajavító módszerek is hatékonyan tudják biztosítani a hosszú és összetett számításokhoz szükséges teljesítményt.

Új módszerekkel

Elméletben több járható út is létezik arra, hogy a kutatók olyan rendszert állítsanak össze, ami végül lehetővé teszi egy működőképes kvantumszámítógép megépítését - az IBM a kísérletei során két új megmunkálási módszerrel is kísérletezett. Az egyik eljárást a Yale Egyetem közreműködésével készítették el, szilíciumalapú félvezetők helyett “háromdimenziós”, szupravezető kvantumbiteket alkalmaztak zafír lapkákon, amikkel jelentős javulást értek el a kvantumállapot megtartásában.

A kutatások végére kapott 100 mikroszekundumos időtartam a korábbi eredmények kétszeresét-négyszeresét jelenti, egyúttal azt a minimális értéket is, ami mellett már hatékonyan működhetnek az említett hibajavító eljárások. Az IBM szerint innentől a kutatások felgyorsulnak, a mérnökök a rendszer növelésére koncentrálhatnak, olyan számítógépeket építhetnek, amik több száz vagy több ezer kvantumbittel dolgoznak.

Miért érdemes belevágnod a Scrum képzésünkbe? (x) Október 21-én Scrum alapozó képzést indít a HWSW, íme néhány jó érv a kurzus mellett.

Egy másik kísérletben az IBM egy hagyományosnak nevezhető, “kétdimenziós” eszközt készített, amin két quibites logikai alapműveletet futtatott immár 95 százalékos pontosság és 10 mikroszekundumos koherenciaidő mellett. A vállalat szerint ezek a tesztek szintén kiindulópontot jelenthetnek a jövő kvantumszámítógépeihez, igaz, a kutatók 99 százalék feletti pontosságot tartanak kívánatosnak a megbízható működéshez.

15-20 év kellhet még

A kvantumszámítógép-kutatások számos kihívást vetnek a tudósok elé, de az IBM úgy véli, a jövőkép pozitív, a fejlődés gyors - három év alatt százszoros, ezerszeres teljesítményjavulást értek el ezen a területen, és már nagyon közel állnak ahhoz, hogy teljesüljenek a feltételei egy gyakorlatban is működőképes kvantumszámítógép megépítésének. Míg az utóbbi időben a kutatások nagy része az eszközök teljesítményének fokozásával foglalkozott, addig mostanra a kvantumszámítógépek tényleges megvalósíthatóságára és a költségekre koncentrálhatnak a mérnökök. A becslések szerint durván 15-20 évet kell még várni az első kvantumszámítógépre.

a címlapról