Uwięzili tysiąc atomów za pomocą światła

Naukowcy zrobili duży krok w stronę budowy stabilnych maszyn obliczeniowych nowej generacji. Badania pokazują, że światło może być kluczem do rozwiązania problemu skalowalności. Metoda ta pozwala na precyzyjną kontrolę nad podstawowymi jednostkami informacji. Problematyczne kubity Idea obliczeń kwantowych istnieje od dawna. Głównym celem inżynierów jest stworzenie superkomputerów zdolnych do błyskawicznego rozwiązywania skomplikowanych problemów. Pełna realizacja tej wizji wciąż napotyka na przeszkody. Największym wyzwaniem jest łączenie komponentów w stabilnym środowisku. Skalowanie systemu często prowadzi do utraty stabilności całego układu. Kluczowym elementem są tutaj kubity. To odpowiedniki bitów znanych z klasycznych komputerów. Fizyczne kubity są jednak niezwykle delikatne. Wykazują dużą wrażliwość na szum i zakłócenia z otoczenia. Zwiększanie ich liczby w jednym miejscu potęguje generowanie błędów. Informacja kwantowa może ulec degradacji w ciągu mikrosekund. Naukowcy od lat szukają metod korekcji błędów. Wprowadza się tak zwane kubity logiczne, które mają filtrować szum. Dotychczasowe sukcesy w tym zakresie były jednak ograniczone. Trudno jest zwiększać liczbę kubitów przy jednoczesnym utrzymaniu błędów poniżej krytycznego progu. Niektóre szacunki mówią, że do komercyjnych zastosowań potrzebujemy maszyn z milionami kubitów. Światło zamiast narzędzi Zespół z Columbia University zaproponował zupełnie nowe rozwiązanie. Badacze wykorzystali tak zwane podejście powierzchniowe. Połączyli oni lasery dużej mocy z technologią szczypiec optycznych. Pozwoliło to na niespotykaną dotąd kontrolę nad pojedynczymi atomami i cząsteczkami. Kluczem do sukcesu okazały się metapowierzchnie. Nie są to fizyczne narzędzia w tradycyjnym rozumieniu. To wysoce skupione wiązki światła. Są one wystarczająco silne, aby utrzymać w miejscu małe obiekty, takie jak atomy. Metapowierzchnie wykorzystują dwuwymiarowe tablice pikseli o rozmiarach nanometrów. Kształtują one wiązkę światła w jednolity wzór. Dzięki tej metodzie udało się uwięzić 1000 atomów stronu. Atomy te mogą naturalnie pełnić funkcję kubitów. Zastosowanie światła pozwala na zachowanie identycznych właściwości wszystkich atomów w układzie. Przekłada się to na większą stabilność obliczeń w porównaniu do tradycyjnych metod. Plany na przyszłość Osiągnięcie zespołu z USA to dopiero początek. Badacze deklarują, że ich metoda pozwala na dalsze skalowanie. Kolejnym celem jest uwięzienie stu tysięcy atomów. Takie macierze mogłyby znacząco przyspieszyć rozwój algorytmów kwantowych. Obecne postępy w dziedzinie fizyki kwantowej są obiecujące. Niedawno udało się przeprowadzić teleportację danych między superkomputerami. Choć brzmi to jak science-fiction, w praktyce chodzi o bezpieczne przesyłanie informacji. Stabilne i skalowalne systemy są niezbędne do wykorzystania tego potencjału w praktyce. Nowa metoda z wykorzystaniem światła może być punktem zwrotnym w tych staraniach.