კვანტურ კომპიუტერებში დიდ საეტაპო ნიშნულს მივაღწიეთ.

სილიციუმზე დაფუძნებული კვანტური კომპიუტერებით, სამმა ცალკეულმა ჯგუფმა მსოფლიოს სხვადასხვა ნაწილში, 99-პროცენტიანი სიზუსტის ზღვარი გადალახა.

ავსტრალიაში მყოფმა ჯგუფმა, რომელსაც ახალი სამხრეთ უელსის უნივერსიტეტის ფიზიკოსი ანდრეა მორელიო ხელმძღვანელობდა, ერთკუბიტიან ოპერაციებში 99,5-პროცენტიან სიზუსტეს მიაღწია, სამკუბიტიან სისტემებში კი 99,37-პროცენტიან სიზუსტეს ორკუბიტიან ოპერაციებში.

ნიდერლანდებში მყოფმა ჯგუფმა, რომელსაც დელფის ტექნოლოგიური უნივერსიტეტის ფიზიკოსი სეიგო ტარუჩა ხელმძღვანელობდა, ერთკუბიტიან ოპერაციებში 99,87-პროცენტიან სიზუსტეს მიაღწია, კვანტურ წერტილებში კი 99,65-პროცენტიან სიზუსტეს ორკუბიტიან ოპერაციებში.

და ბოლოს, იაპონიაში, მკვლევართა ჯგუფმა RIKEN-ის ფიზიკოს აკიტო ნოირის ხელმძღვანელობით, ერთკუბიტიან ოპერაციებში 99,84-პროცენტიან სიზუსტეს მიაღწია, კვანტურ წერტილებში კი 99,51-პროცენტიან სიზუსტეს ორკუბიტიან სისტემებში.

სამივე ჯგუფმა შედეგები ჟურნალ Nature-ში გამოაქვეყნა.

„Nature-ში გამოქვეყნებული პუბლიკაციები აჩვენებს, რომ ჩვენი ოპერაციები 99 პროცენტით უშეცდომოა. როცა შეცდომები ასე იშვიათია, მათი დაფიქსირება და შესწორება მაშინვე შეიძლება, როცა ისინი ხდება. გვიჩვენებს, რომ შესაძლებელია საკმარისი მასშტაბის, სიმძლავრისა და მნიშვნელოვანი გამოთვლებისათვის საჭირო კვანტური კომპიუტერების შექმნა“, — ამბობს მორელიო.

კვანტური კომპიუტერები ეფუძნება კვანტურ მექანიკას, როგორც ოპერაციების ბაზისს. ინფორმაცია დაშიფრულია კუბიტებში, ანუ კვანტურ ბიტებში, ორობითი ბიტების, ანუ ინფორმაციის საბაზისო ერთეულის ეკვივალენტს კვანტური კომპიუტერებისთვის.

თუმცა, სადაც ბიტები ორიდან ერთ მდგომარეობაში ამუშავებენ — 1 ან 0 — კუბიტი შეიძლება იყოს როგორც 1, ისე 0 მდგომარეობაში ან ორივეში ერთდროულად.

ამ უკანასკნელ მდგომარეობას, 1-ს და 0-ს ერთდროულად, სუპერპოზიციას უწოდებენ. კუბიტის სუპერპოზიციის შენარჩუნება კვანტურ კომპიუტერებს კომპლექსური მათემატიკური პრობლემების გადაჭრის საშუალებას აძლევს, რადგან ისინი გამოთვლებს აწარმოებენ ობიექტის მდგომარეობის ალბათობაზე დაფუძნებით იქამდე, ვიდრე მას გაზომავენ. ასეთ მცდელობაში მაღალია შეცდომების შანსი და კვანტური ოპერაციების სიზუსტე ძლიერი კვლევების საგანს წარმოადგენს.

2014 წელს, მორელიომ და მისმა კოლეგებმა სილიციუმის სუბსტრატში აჩვენეს კვანტური ინფორმაციის 35-წამიანი ხანგრძლივობა. მათი კუბიტები ეფუძნებოდა ბირთვების გადაგრეხილ მდგომარეობას, რომელიც, საკუთარი გარემოდან იზოლაციისას, დროის ახალი ნიშნულის მიღწევის საშუალებას იძლეოდა. მაგრამ სწორედ ეს იზოლაცია აღმოჩნდა პრობლემა: ამან კუბიტებს ერთმანეთთან კომუნიკაცია გაურთულა, რაც აუცილებელია კვანტური გამოთვლებისათვის.

ამ პრობლემის გადასაჭრელად, მორელიომ და მისმა ჯგუფმა, ფოსფორის ორი ბირთვის სისტემაში ელექტრონი სილიციუმში იონების ჩანერგვის გზით შეიტანა; ეს პროცესი ერთ-ერთი ფუნდამენტურია მიკროჩიპების წარმოებაში. სწორედ ასე შექმნეს მათ სამკუბიტიანი სისტემა, რომელმაც იმუშავა.

„თუ გაქვთ ორი ბირთვი, რომლებიც ერთსა და იმავე ელექტრონთან არის შეერთებული, შეგიძლიათ, მათ კვანტური ოპერაციების შესრულება აიძულოთ. როცა ელექტრონს არ ამუშავებ, ეს ბირთვები უსაფრთხოდ ინახავენ საკუთარ კვანტურ ინფორმაციას. მაგრამ ახლა უკვე შეგვიძლია, მათ ერთმანეთთან კომუნიკაცია ელექტრონის გზით აიძულო, რათა განახორციელო უნივერსალური კვანტური ოპერაციები, რომელთა მორგებაც შესაძლებელია ნებისმიერ გამოთვლით პრობლემაზე“, — ამბობს ახალი სამხრეთ უელსის უნივერსიტეტის ფიზიკოსი მათეუშ მაძიკი.

დანარჩენმა ორმა ჯგუფმა განსხვავებული მიდგომა არჩია. მათ სილიციუმისა და სილიციუმ-გერმანიუმის შენადნობის კვანტური წერტილები შექმნეს და დაამონტაჟეს ორელექტრონიანი კარიბჭე დაამონტაჟეს; ანუ რამდენიმე კუბიტის წრე. ამის შემდეგ, სისტემების დასახასიათებლად , შეცვალეს შესაბამის სისტემებზე მოდებული ძაბვა, რისთვისაც პროტოკოლი, სახელად gate set tomography.

ორივე ჯგუფის სისტემებმა 99 პროცენტზე მეტ სიზუსტეს მიაღწია.

„ეს კვლევა წარმოაჩენს, რომ სილიციუმზე დაფუძნებული კვანტური კომპიუტერები იმედისმომცემი კანდიდატებია ფართომასშტაბიანი კვანტური კომპიუტერებისაკენ მიმავალ გზაზე“, — ამბობს სეიგო ტარუჩა.

ამ სამიდან ნებისმიერი ცალკეული კვლევა უკვე მნიშვნელოვანი მიღწევაა. ის ფაქტი, რომ სამივე ჯგუფმა ერთმანეთისგან დამოუკიდებლად გადალახა ერთი და იგივე, უმნიშვნელოვანეს ეტაპი, მხოლოდ იმაზე მიუთითებს, რომ მალე კვანტური კომპიუტერული სისტემების ბუმი დაიწყება.

„როგორც წესი, საჭიროა ერთ პროცენტზე დაბალი ცდომილების მაჩვენებელი, რათა მოერგო კვანტური შეცდომების შესწორების პროტოკოლს. ახლა, როცა ამ მიზანს უკვე მივაღწიეთ, შეგვიძლია დავიწყოთ სილიციუმის კვანტური პროცესორების შექმნა.

სამივე პუბლიკაცია ჟურნალ Nature-ში გამოქვეყნდა. შეგიძლიათ გაეცნოთ აქ, აქ და აქ.

მომზადებულია eurekalert.org-ისა და ScienceAlert-ის მიხედვით.