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.
Nagy pénz, nagy szívás: útravaló csúcstámadó IT-soknak Az informatikai vezetősködés sokak álma, de az árnyoldalaival kevesen vannak tisztában.
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.