Tam olarak gerçekleştirildiğinde, kuantum bilgisayarlar, bugün çözülmesi imkansız görünen problemlerle insanlığa güç verecek. Ancak imkansız problemlerin bile yeterli zaman verildiğinde mümkün olduğunu kanıtlamanın bir yolu vardır: Wright kardeşler geleceği yeniden yazmadan önce insanların uçabilmelerinin imkansız görünmesi gibi.
Günümüzün kübitlerinin önde gelen sınırlamalarından biri, çok hızlı bir şekilde çözülebilmeleridir – pratik çalışma sağladıkları bir durumdan, hesaplamaların doğru sonuçlar vermediği bir duruma doğru. Yani zamana karşı yarışın başka bir türü, Japon Moleküler Bilim Enstitüsü ile araştırmacılar şimdi ilk sıraya sıçradı (yeni sekmede açılır) kuantum hesaplamada şimdiye kadar yapılmış en hızlı iki kübitlik geçit işlemi için önceki rekoru kırarak. (yeni sekmede açılır)
Adından da anlaşılacağı gibi, kübitler, teknolojik devrimimize güç veren ikili bitin kuantum eşdeğeridir. Kübitlerin özel gücü, bir değerde sabitlenmelerine gerek olmamasıdır. veya sıfır. Bunun yerine, her ikisini de temsil edebilmek için ek bir yeteneğe sahiptirler. ve sıfır. Kübitlerin zaman birimi başına temel bitten çok daha fazla iş sağlamasını sağlar. Gerçek dünyadaki hesaplamaların (BMW’nin Sensör Yerleştirme Yarışması gibi) en güçlü bilgisayarlarımızın katlanarak daha uzun süreceğini altı dakika içinde yapmasına izin verdi.
İki kübitlik bir geçit işlemi, en temel (ve avantajlı ölçeğinde ilk) kübit düzenlemesidir ve iki kübitin birbirine dolanmasını gerektirir – her şeyi son derece basitleştirir; bu esasen durumlarının ortak (veya tutarlı) olduğu anlamına gelir. Ancak gördüğümüz gibi, günümüzün kuantum sistemleri gürültüye (diğerlerinin yanı sıra çevresel radyasyon gibi) eğilimlidir. Gürültü, karışıklıklarını decohere’a götürebilir, bu da hangi işlemi yaparlarsa yapsınlar (PC’nizi çok fazla overclock ettiğinizi ve Prime95’in bir hata döndürdüğünü hatırlayın?) Bunu koymanın bir yolu.
Bu sorunla başa çıkmanın iki yolu vardır: ya işlemleri daha hızlı gerçekleştiririz – genellikle mikrosaniye ölçeğinde, uyumsuzluğun başlamasına zaman kalmadan önce – ya da kübitin dolaşıklık ömrünü artırırız. Japon araştırmacılar eski yaklaşımla gitti.
Araştırmacılar, lazerleri kullanarak Rubidyum elementinden (temel bir birimin mutlak en küçük parçacıkları olan atomlar doğal olarak kuantum görevlerine eğilimlidir) yapılan iki atom-kübiti mutlak sıfıra (−273.15 °C) yakın sıcaklıklara soğuttular.
Kübitleri işlemek için tek mutlak-sıfır tekniği değil; bunun fiziği, moleküllerin birbirleriyle ne kadar hızlı etkileştiğiyle ilgilidir. Daha yüksek sıcaklıklarda, daha hızlı etkileşime girerler ve daha heyecan vericidirler. Öte yandan, onları eşdeğer uzay boşluğuna soğutmak, onları kış uykusuna sokmaya, birbirleriyle ve çevrenin kendisiyle etkileşimlerini yavaşlatmaya ve böylece tutarlılık sürelerini artırmaya benzer. Tabii ki, bir ayı gibi, yine de yeterince büyük bir itme ile bu durumdan atlayacaklar, ama belki bir ya da iki iğneyi kaldırabilirler.
Araştırmacılar daha sonra bu atomları optik cımbız kullanarak birbirlerinin bir mikrometresi içinde sabitlediler ve son bir lazer kübitleri on pikosaniye (saniyenin trilyonda biri) aralıklarla manipüle etti. Bu tekniği kullanarak, araştırmacılar, 15 nanosaniye süren önceki en hızlı iki kübitlik geçit işleminin yarısından daha az olan 6,5 nanosaniyede sonuçlanan bir kuantum kapısı işlemini başarıyla yürüttüler.
Tek bir mikrosaniyeye bin nanosaniye sığar, bu nedenle dolanan kübitler ile sistemin hesaplamaları yapmak için şifre çözmesi arasında bolca zaman vardı.
Araştırmacıların çalışmaları henüz kuantum hesaplama ile ilgili sorunları çözmese de, doğru yönde atılmış bir adım. En azından, bu yeni, gelişmekte olan bilgi işlem çözümünden elde edilen performansı nihayetinde ölçeklendirmesi gereken kuantum aleminde kilidinin açılması gereken daha yüksek çalışma hızları olduğunu gösteriyor.
Araştırmacılar tarafından oluşturulan sisteme bazı pratik uyarılar var. Birincisi, yalnızca iki dolaşmış kübit üzerinde dolaşmayı ve çalışmayı başardılar. Örneğin IBM, 433-qubit’ini tanıtmayı planlıyor Balıkçıl Kuantum İşleme Birimi (QPU) bu yıl.
Unutulmaması gereken bir diğer nokta da, araştırmacılar tarafından kullanılan rubidyum-atom kübitlerinin – ve dünya rekorunu kırmaya izin veren tekniğin – sistemin mutlak sıfıra kadar soğutulmasını gerektirmesidir. Bu, maliyetli bir çabadır ve Yüksek Performanslı Bilgi İşlem (HPC) ve dünyadaki diğer ortamlarda çoğaltılması zor bir çabadır.
Pek çok koşucu var ve bazı teknolojiler şüphesiz diğerlerinden daha yavaş geliştirilecek ve onu sermaye ve zaman yatırımının meşhur tozunu yemeye bırakacaktır. Ancak, açık bir şekilde lider olan bir kübit teknolojisi bulunana kadar – silikonun piyasaya sürüldüğü sırada yarı iletkenler için olduğu gibi – soru açık uçlu kalacaktır.