Viitorul calcul cuantic ar putea exploata vechea tehnologie

Tranzistoarele de siliciu au fost transformate în componentele de bază ale unui computer cuantic.

Folosind versiuni modificate ale tranzistorilor utilizați în smartphone-uri, tablete și computere desktop, inginerii australieni au construit prima poartă logică cuantică din siliciu pentru efectuarea calculelor cuantice. Poarta, descrisă 5 octombrie în Natură, folosește valoarea unui bit cuantic dintr-un tranzistor pentru a determina dacă se modifică valoarea unui bit cuantic într-un alt tranzistor. Cercetătorii spun că au demonstrat toate componentele fundamentale necesare pentru a construi un computer cuantic bazat pe siliciu, care ar putea îndeplini rapid sarcini precum factorizarea numerelor mari și căutarea seturi de date uriașe.

Alți cercetători spun că, în timp ce munca cu siliciu este o performanță fizică impresionantă, inginerii care urmăresc platforme alternative de calcul cuantic sunt mai departe și cu ani în urmă au demonstrat porți care manipulează doi biți cuantici sau qubiți. Dar cercetarea siliciului are un avantaj încorporat, spune Andrew Dzurak, inginer electrician la Universitatea din New South Wales din Sydney, care a condus studiul. Există o infrastructură globală de producție pentru imprimarea componentelor electronice minuscule pe siliciu, permițând inginerilor să testeze mai ieftin și mai ușor – și în cele din urmă să producă – creațiile lor.

Calculatoarele tradiționale efectuează calcule cu biți binari: diferite tensiuni ale energiei electrice care trec prin cipuri de siliciu corespund cu 0 sau 1. Acei biți sunt manipulați atunci când trec prin porți logice făcute din tranzistori. De exemplu, o poartă AND emite un 1 când doi biți de intrare sunt ambii 1; în caz contrar, produce un 0. Calculatoarele efectuează astfel de operații ca răspuns la fiecare apăsare de tastă, clic de mouse și atingere a ecranului.

Calculatoarele cuantice ar funcționa pe un principiu similar, dar qubiții ar fi codificați în proprietăți delicate, cum ar fi spinul unui singur electron. Qubiții pot fi 0, 1 sau un amestec al ambelor simultan, un fenomen numit suprapunere care ar trebui să permită computerelor cuantice să efectueze anumite calcule mai eficient.

Echipa lui Dzurak a modificat tranzistoarele de siliciu pentru a reține un singur electroni și apoi a plasat doi tranzistori aproape unul de celălalt, la temperaturi chiar peste zero absolut. Impulsurile de microunde și câmpurile magnetice i-au convins pe cei doi electroni care servesc drept qubiți să interacționeze. Cercetătorii au creat porți logice de doi qubiți care inversează spinul unui electron dacă celălalt electron avea un anumit spin. „Este controlul de ultimă generație al qubiților de siliciu”, spune Chris Monroe, fizician la Joint Quantum Institute de la Universitatea din Maryland din College Park.

Dzurak spune că următorul pas este extinderea tehnologiei pentru a integra mai multe porți și mai mulți qubiți. „Puteți construi orice calcul doriți cu o combinație de porți de unul și doi qubit”, spune el.

Monroe, care lucrează pe o platformă concurentă care folosește ioni ca qubiți, spune să ținem cont de hype. Oamenii de știință au demonstrat porți de doi qubiți cu ioni în 1995, spune el, așa că siliciul este mult în urmă. El adaugă că murdăria și alte aberații de suprafață interferează rapid cu rotația electronilor, o problemă care ar trebui să se agraveze pe măsură ce computerul crește în dimensiune și crește numărul de qubiți. „Nu găsesc nimic despre acest scalabil”, spune el. „Nu prea iau în considerare concurența cu silicon.”

Construirea unui computer cuantic de orice tip rămâne o provocare extraordinară, în mare parte din cauza fragilității acelor stări de suprapunere cuantică. Monroe admite că cercetătorii din siliciu au un avans uriaș față de concurență: „Sistemele noastre sunt mult mai curate, dar nu avem infrastructura pentru a imprima cipuri cu un milion de atomi pe ele.” Acesta este motivul principal pentru care Dzurak spune că este mai bine să construiți în jurul infrastructurii existente. El plănuiește să facă echipă cu un producător de electronice pentru a produce cipuri de computere cuantice.