Közelebb a kvantumszámítógéphez

Áttörésgyanús eredmény született, amely elérhetővé teheti általános célú kvantumszámítógép létrehozását.

Kvantumszámítógépek használatával sokféle számítási probléma futásideje a lépések számának függvényében már nem exponenciálisan növekedne, csupán lineárisan, ami sok nagyságrenddel gyorsíthatja az ilyen típusú számításokat.

Ha mindehhez hozzágondoljuk a mesterséges intelligenciateremtés képességének mára elért ismeretét (ha csupán csak ennyit), máris megértjük, miért aggódnak Elon Muskkal együtt még sokan a mesterséges intelligencia fejlődéséért, a protokollok kidolgozását sürgetve: hogy az mit okozhat nekünk egy hiba/katasztrófa esetén, vagy hogy olyan hirtelen társadalomformáló erővé válik, amit nem tudunk majd bölcsen követni.

New material shows high potential for quantum computing

Korábban már megtaláltak egy új, elméletileg előre megjósolt részecskét, a Majorana-fermionokat, amely saját antirészecskéje, valamint lényegében az elektron fele; egzotikus tulajdonságainak kutatására azonban eddig nem volt lehetőség. Két ilyen részecske elektronná állhat össze, ami azt jelenti, hogy az elektron kvantumállapota (amivel számolásokat akarunk végeztetni a kvantumszámítógépben) térben kétfelé oszlik, amíg a Majorana-fermionok térben szeparáltak. Ha az egyik - amelyik számol - sérül, a másik - amelyiket figyeli a hibajavító - hibát jelez és így a hibás számítást nem veszik figyelembe. Ez a kulcsa a hibatűrő kvantumszámítógépeknek; mert sajnos hiba egyelőre van: nem elég még a kvantumcsatolások élettartama bonyolultabb számításokhoz. Ezért az átlagos élettartamuknál hosszabb számításokhoz figyelni kell a kieső qubiteket, amelyek kvantumcsatolása a többi qubittel - az elzajosodás miatt - többé már nem áll fenn.

Míg eddig csak nanoszálak végén jósoltak ilyen részecskéket, most tömbi ún. heterostrukturális anyagot sikerült előállítani (nagyon eltérő tulajdonságú anyagok vékony rétegei egymásra felváltva leválasztva), amit megtöltenek a Majorana-fermoinok, így a mai elektronáramkörök helyett Majorana-fermion kvantumáramköröket lehet építeni a belsejében, hasonlóan a mai szilíciumkristályra/-ba integrált áramkörökhöz.
A jelen heterostrukturális anyag azért is különleges, mert egyszerre mutat szupravezetést, mágnességet és elektron spin-pálya csatolást, így nagy potenciált jelent fejlett spintronikai alkalmazásokhoz. (Fizikaóráról talán emlékszünk, hogy a szupravezetés és a mágnesség általában kizárják egymást, ld. Meissner-effektus.) Mindezt olyan anyagban sikerült elérni, amelyben az elektronállapotok az arany felületi elektronállapotával egyeznek meg; annak ellenére, hogy az arany a felületén sem mutat szupravezetést, tehát sok mindent újra kell gondolni a fizikában.

További jó hír, hogy a kvantumprocesszorok és kvantummemóriák csatolása, írásuk, olvasásuk és hibajavítási algoritmusai más qubitrendszerekre már ki vannak dolgozva, így remélhetőleg ezt sem a nulláról kell elkezdeniük felépíteni a kutatóknak, ha továbbfejlesztik a jelen felfedezést.

Kvantumszámítógép:
Míg a mai számítógépek 1-0 számokkal dolgoznak (alkatrészeiknek két féle állapota lehetséges és egyszerre mindig csak az egyikben vannak), addig a kvantumszámítógépben a sokféle lehetséges kvantumállapot keveréke létezik és hat kölcsön, ún. kvantumszuperpozícióban (alkatrészeiknek, a qubiteknek szinte végtelen féle állapota lehetséges és ezek keveréke egyszerre valósul meg). Ez egy majdnem olyan folytonos tér (annyiféle lehetőség variációja), mint az elektromágneses spektrum, amit a szemünk képes látni.
Érdekesség, hogy ahogyan a szemünk ezt a folytonos spektrumot jónak látta nem 1-0 ként kezelni, hanem 3 színcsatornát fejlesztett és ezekkel egy színteret lát be, úgy azt találták, hogy a kvantumszámítógépek teljesítménye is jobban kiaknázható, ha 3-as számrendszerben számolnak, azaz a közel végtelenféle állapot spektrumát 3 kategóriára szűkítve szemlélik, nem kettőre: qubitek helyett qutriteket használva. (forrás).

Kapcsolódó

New magnetic properties unlocked for future spintronic applications - Háromállapotú GMR heterostrukturális anyagban