Հարավային Նոր Ուելսի համալսարանի (Ավստրալիա) գիտնականները հեղափոխական քայլ են կատարել քվանտային ֆիզիկայում. նրանք ստեղծել են ատոմային միջուկների խճճված վիճակներ, որոնք թույլ են տվել նրանց փոխգործակցել ժամանակակից միկրոչիպերի չափերին համեմատելի հեռավորության վրա: Այս ձեռքբերումը, որը հրապարակվել է Science ամսագրում, մոտեցնում է մասշտաբային քվանտային համակարգիչների դարաշրջանը, որոնք օգտագործում են ատոմների միջուկները որպես տեղեկատվության կրիչներ:

Քվանտային խճճում. Ինչ է դա

Քվանտային խճճումը երևույթ է, երբ երկու օբյեկտներ այնպես են կապվում, որ մեկի վիճակի փոփոխությունը անմիջապես ազդում է մյուսի վրա՝ անկախ հեռավորությունից: Սա քվանտային հաշվարկների հիմքն է, որտեղ տեղեկատվությունը պահվում և մշակվում է կյուբիթներով՝ բիթերի քվանտային անալոգներով: Ատոմների միջուկները իդեալական կյուբիթներ են՝ իրենց կայունության և արտաքին խանգարումներից պաշտպանվածության շնորհիվ, սակայն նրանց մեկուսացվածությունը դժվարացնում էր փոխգործակցությունը:

«Ատոմների միջուկները ամենամաքուր և մեկուսացված քվանտային օբյեկտներն են, բայց այդ մեկուսացումը խանգարում էր նրանց համակարգերի մեջ միավորելուն», — բացատրել է դոկտոր Հոլլի Սթեմփը՝ հետազոտության գլխավոր հեղինակը:

Ինչպե՞ս ստիպել միջուկներին «խոսել»

Թիմը լուծել է այս խնդիրը՝ օգտագործելով էլեկտրոնները որպես միջնորդներ: Ի տարբերություն միջուկների, էլեկտրոնները կարող են «տարածվել» տարածության մեջ՝ փոխանցելով քվանտային տեղեկատվություն միջուկների միջև, որոնք գտնվում են մոտ 20 նանոմետր հեռավորության վրա՝ մարդու մազի հաստությունից մոտ 1000 անգամ փոքր:

«Պատկերացրեք, որ միջուկները մարդիկ են, որոնք կանգնած են Սիդնեյից Բոստոն հեռավորության վրա: Մենք սովորեցրել ենք նրանց շփվել էլեկտրոնների միջոցով, ինչպես հեռախոսով», — ավելացրել է Սթեմփը:

Այս հեռավորությունը կարևոր է. այն համընկնում է ժամանակակից կրեմնիումային չիպերի տրանզիստորների չափերին (7–20 նմ), ինչը բացահայտումը համատեղելի է դարձնում գոյություն ունեցող կիսահաղորդչային արդյունաբերության հետ:

Ինչու՞ է սա բեկում

Մինչ այժմ ինժեներները բախվում էին երկընտրանքի. կյուբիթները պետք է պաշտպանված լինեն արտաքին աղմուկից, բայց միևնույն ժամանակ փոխգործակցեն հաշվարկների համար: Ատոմների միջուկները իդեալական են տվյալների պահպանման համար, բայց նրանց «շփումը» խնդիր էր: Նոր մեթոդը թույլ է տալիս.

  • Ստեղծել խճճված վիճակներ հեռավորության վրա գտնվող միջուկների միջև:
  • Ինտեգրել քվանտային համակարգերը կրեմնիումային չիպերի մեջ:
  • Օգտագործել գոյություն ունեցող պրոցեսորների արտադրության տեխնոլոգիաները:

«Մենք ստիպել ենք քվանտային օբյեկտներին միասին աշխատել մի մասշտաբով, որն արդեն յուրացված է միկրոէլեկտրոնիկայի կողմից», — ընդգծել է Սթեմփը:

Հետազոտության համահեղինակ, պրոֆեսոր Անդրեա Մորելոն նշել է, որ սա վերացնում է ատոմային միջուկների վրա հիմնված քվանտային համակարգիչների մասշտաբավորման հիմնական խոչընդոտը: Այժմ դրանք կարելի է արտադրել նույն գծերով, ինչ ժամանակակից պրոցեսորները:

Ի՞նչ է սպասվում

Բացահայտումը ճանապարհ է բացում մասշտաբային քվանտային համակարգիչների ստեղծման համար, որոնք կլինեն.

  • Ավելի դիմացկուն աղմուկի նկատմամբ՝ շնորհիվ միջուկային կյուբիթների:
  • Համատեղելի գոյություն ունեցող արտադրական տեխնոլոգիաների հետ:
  • Ի վիճակի կատարել բարդ հաշվարկներ, որոնք անհասանելի են դասական համակարգիչների համար:

Գիտնականները պլանավորում են կատարելագործել մեթոդը՝ ավելացնելով խճճված միջուկների թիվը և փորձարկելով այն իրական չիպերում: Սա կարող է հանգեցնել քվանտային պրոցեսորների ստեղծմանը, որոնք կգերազանցեն սուպերհամակարգիչներին մոդելավորման, կրիպտոգրաֆիայի և արհեստական բանականության առաջադրանքներում:

Հակիրճ…

Պատմության մեջ առաջին անգամ ատոմային միջուկներին սովորեցրել են «խոսել» 20 նանոմետր հեռավորության վրա՝ օգտագործելով էլեկտրոնները որպես միջնորդներ: Այս բեկումը, որը կատարվել է Ավստրալիայում, միջուկների վրա հիմնված քվանտային համակարգիչները դարձնում է իրականություն՝ համատեղելի ժամանակակից չիպերի հետ: Բացահայտումը մեզ մոտեցնում է հաշվարկների նոր դարաշրջանին, որտեղ քվանտային տեխնոլոգիաները կդառնան առօրյա կյանքի մաս: