Οι κβαντικοί υπολογιστές ουδέτερου ατόμου πλησιάζουν πιο κοντά στην πραγματικότητα με δύο νέες ανακαλύψεις

Οι κβαντικοί υπολογιστές ουδέτερου ατόμου υπόσχονται λύσεις σε πολλά από τα προβλήματα που πλήττουν τις σημερινές συσκευές, αλλά η τεχνολογία είναι ακόμα εκκολαπτόμενη. Πρόσφατες ανακαλύψεις σχετικά με την ικανότητα ελέγχου και προγραμματισμού αυτών των συσκευών υποδηλώνουν ότι μπορεί να πλησιάζουν στην πρώτη ώρα.

Η πιο καλά ανεπτυγμένη κβαντική τεχνολογία σήμερα βασίζεται σε υπεραγώγιμα qubits, τα οποία τροφοδοτούν τόσο τους επεξεργαστές της IBM όσο και της Google. Αλλά ενώ αυτές οι συσκευές έχουν χρησιμοποιηθεί για την επίδειξη κβαντική υπεροχή και κατασκευάστε το μεγαλύτερος παγκόσμιος κβαντικός υπολογιστής μέχρι σήμερα έχουν κάποιους περιορισμούς.

Για αρχή, πρέπει να ψύχονται κοντά στο απόλυτο μηδέν, κάτι που απαιτεί ογκώδη και ακριβό κρυογονικό εξοπλισμό. Οι κβαντικές τους καταστάσεις είναι επίσης πολύ εύθραυστες, τυπικά διαρκούν μόνο μικροδευτερόλεπτα και μπορούν να αλληλεπιδράσουν άμεσα μόνο με τους πλησιέστερους γείτονές τους, γεγονός που περιορίζει την πολυπλοκότητα των κυκλωμάτων που μπορούν να εφαρμόσουν.

Οι κβαντικοί υπολογιστές ουδέτερου ατόμου παρακάμπτουν αυτά τα προβλήματα. Είναι κατασκευασμένα από μια σειρά μεμονωμένων ατόμων που ψύχονται σε εξαιρετικά χαμηλές θερμοκρασίες εκτοξεύοντας λέιζερ εναντίον τους. Η υπόλοιπη συσκευή δεν χρειάζεται ψύξη και τα μεμονωμένα άτομα μπορούν να τοποθετηθούν σε απόσταση μόλις μικρομέτρων, καθιστώντας ολόκληρο το σύστημα απίστευτα συμπαγές.

Οι κβαντικές πληροφορίες κωδικοποιούνται σε ατομικές καταστάσεις χαμηλής ενέργειας που είναι πολύ σταθερές, επομένως αυτά τα qubits έχουν πολύ μεγαλύτερη διάρκεια ζωής από τα υπεραγώγιμα. Αυτή η σταθερότητα καθιστά επίσης δύσκολη την αλληλεπίδραση των qubits, γεγονός που καθιστά πιο δύσκολη τη δημιουργία εμπλοκών, οι οποίες είναι κεντρικές για τους περισσότερους κβαντικούς αλγόριθμους. Αλλά αυτά τα ουδέτερα άτομα μπορούν να τεθούν σε μια εξαιρετικά διεγερμένη κατάσταση, που ονομάζεται α Πολιτεία Rydberg, εκτοξεύοντας παλμούς λέιζερ σε αυτό, οι οποίοι μπορούν να χρησιμοποιηθούν για να μπλέξουν μεταξύ τους.

Παρά αυτά τα πολλά υποσχόμενα χαρακτηριστικά, η τεχνολογία μέχρι στιγμής έχει χρησιμοποιηθεί κυρίως για κβαντικούς προσομοιωτές που βοηθούν στην κατανόηση των κβαντικών διεργασιών, αλλά δεν είναι σε θέση να εφαρμόσουν κβαντικούς αλγόριθμους. Τώρα όμως, δύο μελέτες σε Φύση, με επικεφαλής ερευνητές από εταιρείες κβαντικών υπολογιστών QuEra και ColdQuanta, έχουν δείξει ότι η τεχνολογία μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την υλοποίηση κυκλωμάτων πολλαπλών qubit.

Οι δύο ομάδες αντιμετωπίζουν το πρόβλημα με ελαφρώς διαφορετικούς τρόπους. Η ομάδα QuEra παίρνει α νέα προσέγγιση στη συνδεσιμότητα στη συσκευή τους χρησιμοποιώντας σφιχτά εστιασμένες ακτίνες λέιζερ, γνωστές ως οπτικές λαβίδες, για να μετακινούν φυσικά τα qubits τους. Αυτό τους δίνει τη δυνατότητα να τα μπλέκουν εύκολα με μακρινά qubit αντί να περιορίζονται μόνο σε αυτά που βρίσκονται πιο κοντά. Το ColdQuaΗ ομάδα nta, από την άλλη πλευρά, μπλέχτηκε τα qubits της ταυτόχρονα συναρπαστικό δύο από αυτούς σε μια πολιτεία Rydberg.

Και οι δύο ομάδες ήταν σε θέση να εφαρμόσουν πολύπλοκα κυκλώματα πολλαπλών qubit. Και όπως σημειώνει η Hannah Williams από το Πανεπιστήμιο Durham στο Ηνωμένο Βασίλειο σε ένα συνοδευτικό σχόλιο, οι δύο προσεγγίσεις είναι συμπληρωματικές.

Η φυσική ανακάτεμα των qubits σημαίνει ότι υπάρχουν μεγάλα κενά μεταξύ των λειτουργιών, αλλά η ευέλικτη συνδεσιμότητα καθιστά δυνατή τη δημιουργία πολύ πιο περίπλοκων κυκλωμάτων. Η προσέγγιση ColdQuanta, ωστόσο, είναι πολύ πιο γρήγορη και μπορεί να εκτελέσει πολλές λειτουργίες παράλληλα. "Ένας συνδυασμός των τεχνικών που παρουσιάζονται από αυτές τις δύο ομάδες θα οδηγούσε σε μια ισχυρή και ευέλικτη πλατφόρμα για κβαντικούς υπολογιστές." Williams γράφει.

Απαιτούνται πολλές βελτιώσεις προτού συμβεί αυτό, ωστόσο, σύμφωνα με την Williams, από καλύτερες πιστότητες πύλης (πόσο σταθερά μπορείτε να ρυθμίσετε τη σωστή λειτουργία) έως βελτιστοποιημένα σχήματα δέσμης λέιζερ και πιο ισχυρά λέιζερ.

Και οι δύο εταιρείες φαίνεται να είναι πεπεισμένες ότι αυτό δεν θα διαρκέσει πολύ. Η QuEra είχε ήδη αποκαλύψει έναν κβαντικό προσομοιωτή 256 ατόμων πέρυσι και, σύμφωνα με τον ιστότοπό τους, ένας κβαντικός υπολογιστής 64 qubit "έρχεται σύντομα". Το ColdQuanta είναι πιο συγκεκριμένο, με την υπόσχεση ότι είναι Υπολογιστής Hilbert 100 qubit θα είναι διαθέσιμο φέτος.

Το πόσο γρήγορα τα ουδέτερα άτομα μπορούν να φτάσουν τις κορυφαίες τεχνολογίες της βιομηχανίας, όπως τα υπεραγώγιμα qubits και τα παγιδευμένα ιόντα, μένει να φανεί, αλλά φαίνεται ότι ένας πολλά υποσχόμενος νέος υποψήφιος έχει μπει στην κβαντική κούρσα.

Πηγή εικόνας: Shahadat Rahman on Unsplash

• Coinsmart. Το καλύτερο ανταλλακτήριο Bitcoin και Crypto στην Ευρώπη.
• Platoblockchain. Web3 Metaverse Intelligence. Ενισχύθηκε η γνώση. ΕΛΕΥΘΕΡΗ ΠΡΟΣΒΑΣΗ.
• CryptoHawk. Ραντάρ Altcoin. Δωρεάν δοκιμή.
• Πηγή: https://singularityhub.com/2022/04/25/neutral-atom-quantum-computers-edge-closer-to-reality-with-two-new-breakthroughs/