Egy lépéssel közelebb a kvantumszámítógéphez: elkészült a 2 qubites kvantumkapu

„Lenyűgöző, hogy ez a rendkívüli kifinomult technológiát igénylő eszközt egy olyan egyetemi labor állította elő, amelynek csak néhány kutató a tagja” – dicsérte a Princeton Egyetem Quantum Device Nanofabrication Lab nevű egységének teljesítményét HongWen Jiang, a Kaliforniai Egyetem fizikaprofesszora. A Science-ben december 7-én megjelent tanulmány ugyanis arról számolt be, hogy a nevezett egyetemi labor munkatársainak sikerült létrehozniuk egy 2 qubites kvantumkaput. Méghozzá a hagyományos számítástechnikában használatos logikai NAND-kapu kvantum-megfelelőjének mondott szabályozott NOT, azaz CNOT-kaput. A NOT kaput az elektronikában nevezik még inverternek is, hiszen gyakorlatilag megfordítja, vagyis invertálja a bemenetként kapott igazságértéket. A kutatók 200 nanométeres mérettartományban nano-alumíniumhuzalokat rétegeltek egy nagyon rendezett szilikon kristályra. Így:

A kvantumkapuFotó: Princeton

A CNOT kapu az egyike annak a két elemi alkotóelemnek, amelyre szükség van egy kvantumbitekkel dolgozó gép működéséhez. A Princeton honlapján közzétett beszámoló szerint a szilícium használata azért is mérföldkő a kvantumszámítógép-fejlesztés rögös útján, mert ez a technológia már kiforrott a klasszikus számítástechnikában. 

A Princeton Egyetem Quantum Device Nanofabrication laboratóriumaFotó: Princeton

A kvantumbitek, miszerint qubitek mibenlétének megértéséhez nem árt felidézni, hogy míg a hagyományos bitek vagy 0, vagy 1 értéket vehetnek fel, a qubitek képesek szuperpozícióba kerülni, ami azt jelenti, hogy mindkét állapotban léteznek egyszerre. Minél több ilyen qubitből áll egy rendszer, annál többféle kombináció lehetséges párhuzamosan, és annál komplexebb problémákat lehet rövid idő alatt megoldani.

A szupermasina viszont csak akkor építhető ily módon, ha a qubitek együttműködnek, vagyis kapcsolódnak egymáshoz. Ez az a bizonyos kvantum-összefonódás (quantum entanglement). Az egyik fő kihívás a használható végeredmény kinyerése a rendszerből a feladatok elvégzése után. A párhuzamosságok ugyanis csak a kvantumfizikai szinten működnek, méréskor a qubitek szuperpozíciója összeomlik, egyetlen klasszikus állapotot vesznek fel. A másik nehézség, hogy a rendszer annyira érzékeny, hogy az összeomlást a legapróbb külső hatás is kiválthatja.