Atomi regiszterek kövezik ki a kvantum­számítógép útját?

Először építették meg egy atomsorozat felhasználásával a kvantumszámítógépek alapvető memóriáját. Az új technika megbízhatóbb utat biztosít egy működő kvantumszámítógép megalkotásához mint az eddig használt technikák, vélekednek a kutatók.

A kvantumszámítógépek az anyag kvantumtulajdonságait aknázzák ki számításaik elvégzéséhez. Míg a hagyományos számítógép bináris számokat - vagy információs biteket használ elektromos töltés formájában, a kvantumszámítógép kvantum biteket, úgy nevezett kubiteket alkalmaz. Mivel a részecskék egy időben, több állapotban is lehetnek, a kubitek hatalmas mennyiségű számítás egyidejű végrehajtását tennék lehetővé, messze felülmúlva a hagyományos szuperszámítógépek képességeit.

A Bonni Egyetemen Dominik Schrader munkatársaival egy alapvető memóriakomponenst, egészen pontosan egy regisztert állított elő lelassított, és egy lézersugárban foglyul ejtett céziumatomokból. A számítógép egyszerű műveletek végrehajtásával, mint egy regiszter bitjeinek egy másikéval történő összehasonlításával, vagy bizonyos bitek 0-ból 1-re való átforgatásával végez alapvető számításokat. Az összetettebb számítások a fenti alapműveletek sokaságából jönnek létre.

A kutatóknak mikrohullámú sugárzással sikerült írniuk a kvantumregiszterbe, azaz a céziumatomok körül keringő elektronokat egy másik kvantumállapotba vitték át. A sugárzás hatékonyan erősítette fel az elektronokat egy olyan helyzetbe, az úgynevezett szuperpozícióba állítva azokat, ami a nukleusz körüli két természetes pályájuk között található. Az atomok kvantumállapotát egy másik lézer és egy magas érzékenységű digitális kamera segítségével igazolták. Schrader szerint az atomokból készült regiszter alkalmazásával épült kvantumszámítógépek sokkal ellenőrizhetőbbek lesznek, mint más előzetes módszerekkel, például foglyul ejtett ionok alkalmazásával, melyek természetükből adódóan zavarják egymást.

A következő lépés két vagy több kubit elhelyezése a regiszteren belül, hogy egymással egy logikai kapuban kölcsönhatásba lépjenek, ez az információ feldolgozás legalapvetőbb lépése, ami lehetővé teszi a számítógépnek a számítások elvégzését. Ez különösen cseles, mivel eléréséhez az atomoknak meg kell osztaniuk a kvantuminformációt, bár a kutatók meggyőződése, hogy az atomok egyikének oly módon történő gerjesztésével, hogy az egy másikkal fotont cseréljen, megoldható a dolog. "Reméljük, két éven belül eljutunk erre a pontra" - mondta Schrader. "Vegyék figyelembe, hogy egy ilyen területen gyakran kell átjutni olyan nehézségeken, amit nem látunk előre."

Sean Barrett,a Hewlett Packard brit laboratóriumának kutatója szerint a kvantum logikai kapu kifejlesztésének legfőbb megoldásra váró problémája az, hogy megakadályozzák a külvilág interferenciáját, ami megsemmisíti a kvantumállapotot. "Minden tervezett kivitelezés esetében a dekoherenciát, azaz az interferencia képességének elvesztését kell megoldani" - nyilatkoztaBarrett.

A kvantumszámítógép egyik lehetséges alkalmazása két nagy prímszám eredményének faktorizációja. Ez azonnal lehetővé tenné a számítógépes kommunikációk többségének biztonságához használt titkosító kód feltörését