Cercetătorii au construit primul computer cuantic reprogramabil
Cercetătorii au construit un computer cuantic care nu doar că poate fi programat, dar, la fel ca un computer obișnuit, poate fi şi reprogramat. Deşi acesta este format din doar cinci atomi, construcția sa reprezintă un uriaș pas înainte în ceea ce priveşte obținerea unui modul cuantic scalabil care să echipeze viitoarele calculatoare cuantice care ar putea schimba pentru totdeauna modul de procesare a datelor.
Credit: Joint Quantum Institute
Puterea de procesare a calculatoarele cuantice creşte exponențial în raport cu cea a computerelor obișnuite din prezent ce se bazează pe unități de informație denumite biți care pot lua valoarea 0 sau 1. Procesoarele cuantice folosesc o secvență de biți cuantici sau qubiți. Aceştia pot reprezenta informația ca 0, 1 sau oricare dintr-o serie de stări dintre 0 și 1, adică prin superpoziția cuantică a acestor qubiţi.
Deşi s-au construit deja cipuri cuantice funcţionale, cele mai multe dintre acestea au fost concepute pentru rezolvarea unei singure probleme, fără să fie reprogramabile.
Noul dispozitiv cuantic construit de cercetătorii de la University of Maryland este diferit, deoarece acesta poate fi cu uşurinţă reprogramat și chiar s-a demonstrat că el poate rezolva trei algoritmi diferiţi. Modulul cuantic dezvoltat de cercetători este alcătuit din cinci ioni, atomi încărcaţi electric, „prinşi” în linie de un câmp magnetic.
Acești ioni formează qubiţii calculatorului cuantic pe care cercetătorii de la University of Maryland îi pot aduce cu uşurinţă într-una din cele trei stări cuantice: 1, 0, sau o superpoziție a acestora. Pentru aceasta cercetătorii de la University of Maryland au utilizat un fascicul laser pentru a comuta starea celor cinci qubiţi. Ei au reuşit astfel să reprogrameze eficient modulul lor cuantic, deşi majoritatea cercetătorilor s-au confruntat cu dificultăţi legate de schimbarea stării cuantice a qubiţilor, deoarece aceştia au tendinţa să rămână în starea lor inițială.
„Prin reducerea unui algoritm la o serie de impulsuri laser, care deplasează în mod adecvat ionii, putem reconfigura legătura dintre aceşti qubiţi din exterior”, a declarat Shantanu Debnath, cercetător principal.
„În consecinţă, avem posibilitatea să reprogramăm modulul cuantic și nicio altă arhitectură cuantică de calcul nu are această flexibilitate”.
Cea mai importantă caracteristică a acestui modul cuantic este aceea că el poate fi conectat la alte module, prin deplasarea fizică a ionilor sau folosind fotoni pentru a transporta informația între ei, ceea ce înseamnă că sistemul este complet scalabil.
„Prin conectarea directă a oricărei perechi de qubiţi, putem reconfigura sistemul pentru a implementa orice algoritm”, a spus Debnath.
„Deşi modulul nostru cuantic este format din doar cinci qubiţi, știm cum să aplicăm această tehnică la un număr mai mare de qubiţi”.
Cercetătorii au reprogramat modulul cuantic pentru a rula trei algoritmi diferiţi: algoritmul Deutsch-Jozsa (care s-a încheiat cu o rată de succes de 95%), algoritmul Bernstein-Vazirani (90% rata de succes) și algoritmul pentru transformarea Fourier discretă (70% rata de succes).
În general, software-ul utilizat pentru programarea modulului cuantic s-a dovedit exact în 98% din cazuri, ceea ce este impresionant pentru o primă încercare, dar acesta trebuie să fie îmbunătățit în viitor.
Cercetătorii intenţionează să adauge mai mulţi qubiţi la modul lor (pană la 100 de qubiţi) pentru a construi, în cele din urmă, un computer cuantic care să fie utilizat la fel de ușor ca un telefon modern, fără să fie necesară nicio reprogramare cuantică complicată.
„Orice tip de computer este util atunci când utilizatorul îl poate folosi fără să fie nevoit să știe ce se află în interiorul său”, a declarat Christopher Monroe, conducătorul echipei de cercetători de la University of Maryland.
„Foarte puțini oameni sunt interesaţi de cum funcţionează la nivel fizic iPhone-ul lor. Prin experimentul nostru am dovedit că biții cuantici pot fi programaţi și reconfiguraţi prin software”.
Studiul cercetărilor a fost publicat în revista Nature.
Sursă: Science Alert