Πέμπτη, 16 Οκτωβρίου 2014

Νέα βήματα προς την κατεύθυνση του κβαντικού υπολογιστή. Australian teams set new records for silicon quantum computing

Οι ερευνητικές ομάδες δημιούργησαν δύο ομάδες κβαντικών bit (qubits) - τα δομικά στοιχεία των κβαντικών υπολογιστών - που επεξεργάζονται κβαντικά δεδομένα με ακρίβεια άνω του 99%. Καλλιτεχνική απεικόνιση κυματοσυνάρτησης ηλεκτρονίου (μπλε) περιορισμένο σε κρύσταλλο πυριτίου. Artist impression of an electron wave function (blue), confined in a crystal of nuclear-spin-free 28-silicon atoms (black), controlled by a nanofabricated metal gate (silver). Credit: Dr Stephanie Simmons, UNSW.

Δύο ερευνητικές ομάδες οι οποίες εργάζονται στα ίδια εργαστήρια στο UNSW Australia ανακάλυψαν ξεχωριστές «λύσεις» προς την κατεύθυνση της δημιουργίας πανίσχυρων κβαντικών υπολογιστών.

Οι ομάδες δημιούργησαν δύο ομάδες κβαντικών bit (qubits)- τα δομικά στοιχεία των κβαντικών υπολογιστών- που επεξεργάζονται κβαντικά δεδομένα με ακρίβεια άνω του 99%. Τα αποτελέσματα της δουλειάς των δύο ομάδων δημοσιεύθηκαν ταυτόχρονα στο Nature Nanotechnology.

Ο Άντριου Τζούρακ, Scientia Professor και διευθυντής του Australian National Fabrication Facility, και ο επίκουρος καθηγητής της σχολής Ηλεκτρολογίας Μηχανολογίας και Τηλεπικοινωνιών του UNSW, Αντρέα Μορέλο με τους Dr. Τζούχα Μαχόνεν και Μένο Βάιντχορστ, μεταδιδακτορικούς ερευνητές και επικεφαλής συντάκτες του paper. (L-R, back row) Andrew Dzurak and Andrea Morello, with paper lead authors (L-R) Menno Veldhorst and Juha Muhonen. Credit: Paul Henderson-Kelly

«Για να γίνουν πραγματικότητα οι κβαντικοί υπολογιστές πρέπει να λειτουργούμε τα bit με πολύ χαμηλά ποσοστά/ ρυθμούς λάθους» αναφέρει ο Άντριου Τζούρακ, Scientia Professor και διευθυντής του Australian National Fabrication Facility στο UNSW. «Ανακαλύψαμε δύο παράλληλους τρόπους για τη δημιουργία ενός κβαντικού υπολογιστή σε πυρίτιο, ο καθένας εκ των οποίων επιδεικνύει αυτή την εκπληκτική ακρίβεια» προσθέτει ο Αντρέα Μορέλο, επίκουρος καθηγητής της σχολής Ηλεκτρολογίας Μηχανολογίας και Τηλεπικοινωνιών του UNSW.

Στο μεταξύ, η ομάδα του Μορέλο σπρώχνει το qubit «φυσικού» ατόμου φωσφόρου στα όρια των επιδόσεών του. Κατά τον Dr. Τζούχα Μαχόνεν, μεταδιδακτορικό ερευνητή και επικεφαλής συντάκτη του paper, «το άτομο φωσφόρου περιέχει στην ουσία δύο qubit: το ηλεκτρόνιο και τον πυρήνα. Ειδικά με τον πυρήνα έχουμε πετύχει ακρίβεια κοντά στο 99,99%. Αυτό σημαίνει ένα λάθος για κάθε 10.000 κβαντικές διεργασίες». Όπως επισημαίνει ο Τζούρακ, αν και υπάρχουν μέθοδοι διόρθωσης λαθών, η αποτελεσματικότητα είναι εγγυημένη μόνο εάν λαμβάνουν χώρα λιγότερο από το 1% των περιπτώσεων. «Τα πειράματά μας είναι ανάμεσα στα πρώτα σε στερεά κατάσταση και τα πρώτα που έγιναν ποτέ σε πυρίτιο, τα οποία πληρούν αυτές τις προδιαγραφές».

Το επόμενο βήμα για τους ερευνητές είναι η δημιουργία ζευγών εξαιρετικά ακριβών κβαντικών bit. Οι μεγάλοι κβαντικοί υπολογιστές αναμένεται να αποτελούνται από χιλιάδες ή εκατομμύρια qubit και πιθανώς να ενσωματώνουν τόσο φυσικά όσο και τεχνητά άτομα.

Η ομάδα του Μορέλο πέτυχε επίσης παγκόσμιο ρεκόρ στον «χρόνο συνοχής» για ένα μεμονωμένο κβαντικό bit που κρατήθηκε σε στερεά κατάσταση. Ο χρόνος συνοχής είναι το πόσο μπορεί να διατηρηθεί η κβαντική πληροφορία πριν χαθεί. Όσο μεγαλύτερο το χρονικό διάστημα αυτό, τόσο πιο εύκολη είναι η διεξαγωγή μακρών ακολουθιών διεργασιών, και ως εκ τούτου πιο σύνθετων υπολογισμών. Ειδικότερα, η ομάδα ήταν σε θέση να αποθηκεύσει κβαντική πληροφορία σε έναν πυρήνα φωσφόρου για πάνω από 30 δευτερόλεπτα, «μία αιωνιότητα στον κβαντικό κόσμο», όπως επισημαίνει ο Μορέλο.