Άλλο ένα βήμα πιο κοντά στους κβαντικούς υπολογιστές

Επιστήμονες του πανεπιστημίου Γέιλ στις ΗΠΑ κατάφεραν να αυξήσουν δραματικά την απόδοση κβαντικών διακοπτών, επιτελώντας έτσι ένα σημαντικό βήμα για την ανάπτυξη αξιόπιστων κβαντικών διατάξεων.

Οι κβαντικοί υπολογιστές είναι ένας ταχέως αναπτυσσόμενος επιστημονικός τομέας και θεωρείται πως θα αποτελέσουν την εξέλιξη των κλασικών υπολογιστών, προσφέροντας γρηγορότερη και ασφαλέστερη επεξεργασία πληροφορίας.

Αντί των κλασικών bits που χρησιμοποιούνται στους σημερινούς υπολογιστές, η μονάδα πληροφορίας σε ένα κβαντικό υπολογιστή είναι το κβαντικό μπιτ, ή αλλιώς qubit το οποίο δεν βρίσκεται απαραίτητα στην κατάσταση 0 ή 1, αλλά μπορεί να βρίσκεται και σε μία ενδιάμεση κατάσταση. Οι καταστάσεις αυτές, ονομαζόμενες και ως καταστάσεις υπέρθεσης προβλέπονται από τη κβαντική θεωρία και περιγράφουν τη συμπεριφορά των σωματιδίων σε ατομικό επίπεδο.

Τα qubits που παρήγαγαν οι ερευνητές ήταν τεχνητά άτομα σε συνθήκες υπεραγωγιμότητας, που αναπαριστούν πληροφορίες εντός ενός κβαντικού συστήματος. Αλλάζοντας όμως κατάσταση, υπό την επιρροή των γειτονικών τους qubits, τα άτομα αυτά χάνουν ενέργεια, η οποία αντιστοιχεί σε απώλεια πληροφορίας. 

Η ανακάλυψη αφορά στη διαπίστωση πως υπό την παρουσία ημισωματιδίων (quasiparticles) στο εσωτερικό των κβαντικών διατάξεων η απώλεια ενέργειας μετριάζεται ή και απουσιάζει. Τα ημισωματίδια είναι ένα αναδυόμενο φαινόμενο, κατά το οποίο εντός ενός στερεού σώματος, ορισμένα σωματίδια συπεριφέρονται ως ένα εικονικό υπερ-σωματίδιο.

Η συγκεκριμένη ιδέα αποτελεί μία πρόβλεψη της θεωρητικής φυσικής εδώ και μισό αιώνα, αλλά είναι η πρώτη φορά που δοκιμάζεται πειραματικά και επαληθεύεται για την περίπτωση των κβαντικών διακοπτών οι οποίοι και συγκρατούν τη κβαντική πληροφορία στη διάταξη των ερευνητών του Γέιλ.

«Ένας κβαντικός διακόπτης πρέπει να είναι σε θέση να λειτουργεί και ανάστροφα δίχως να χάνει ενέργεια», εξήγησε ο Ιόαν Ποπ, ερευνητής που συμμετείχε στο πείραμ. «Το συμπέρασμά μας είναι πολύ ενθαρρυντικό για την ανάπτυξη κβαντικών διακοπτών που θα λειτουργούν ως qubits», κατέληξε.

Τα αποτελέσματα αυτά ανοίγουν νέους ορίζοντες στους τομείς της κβαντικής πληροφορίας και των κβαντικών μετρήσεων, δίνοντας τη δυνατότητα κατασκευής κβαντικών συσκευών δίχως απώλεια πληροφορίας ενώ συνεισφέρουν και στην κατανόηση της συμπεριφοράς των ημισωματιδίων που εμφανίζονται εντός τους.

Η έρευνα δημοσιεύεται στο επιστημονικό περιοδικό Nature.





ΠΗΓΗ