Egy gyémánt belsejében építettek kvantumkomputert

A drágakő tökéletlenségeit felhasználva építettek a külvilág zavaraitól védetten működő kvantum számítógépet több egyetem tudósai. Az eljárás akár mérföldkő is lehet a kvantumrendszerek építésében.

- Siker lett a nanogyémánt

- Az IBM kutatói közelebb kerültek a kvantum komputer létrehozásához

- 25 évnyi fejlődés: Kvantumszámítógépek

A gyémánt belsejében épített kvantumszámítógép nem csak azért az első a maga nemében, mert ezzel a megoldással még korábban senki sem élt, de első abban is, hogy védett a dekoherenciától, azaz attól a külső zajtól, amely megakadályozza, hogy a komputert megfelelően működjön.

A most bejelentett megoldás demonstrálja a szilárdtest kvantumszámítógépek életképességét, amelyek – ellentétben a korábbi gáz- és folyékony állapotú rendszerekkel – megalapozhatják a kvantum számítástechnika jövőjét, mert felnagyított méretben is könnyen kivitelezhetőnek tűnnek. Az aktuális kvantumszámítógépek egyelőre nagyon kicsik, és még nem tudnak versenyezni a nagyobb sebességű hagyományos komputerekkel.

A nemzetközi tudóscsoport eredményeit a Nature tudományos folyóiratban tette közzé, s beszámolt róla, hogy a számítógépük mindössze kvantumbites (qubit).

Szemben a hagyományos számítógépes bittel, amely vagy egy, vagy nulla értéket jelenthet, a qubit lehet nulla, és lehet egy is ugyanabban az időben. Ez a tulajdonság, az úgynevezett szuperpozíció, illetve az a másik, hogy a kvantum állapot afféle alagutat, átvezetést jelent az energiagátakon keresztül, elvezethet a számítások olyan optimalizációjához, amely a jelenlegieknél sokkalta gyorsabb számítógépek létrehozását teszi lehetővé.

A kutatók a mostani fejlesztés során a gyémántok tökéletlenségeit, tisztátalanságát használták fel. Ezek a drágakövet akár homályossá is tehetik, s az ékszerészek ezért nagyon nem kedvelik e hibákat. Nem úgy a fizikusok. Ezek segítségével ugyanis ki tudtak jelölni egy nitrogén atommagot, amely az első qubit lett, aztán egy elektront is, amely a második qubit lett. (Egész pontosan ezeknek a szubatomi részeknek a forgását használták qubitnek.) Az elektron kisebb és sokkal gyorsabb számításokat lehet végezni vele, mint a hozzá képest hatalmas és lassúbb atommaggal, ami viszont sokkal stabilabb.

Szilárdtest számítógépek korábban is léteztek már, de ez az első, amelybe a dekoherencia elleni védelmet is beépítették. Ezt úgy érték el, hogy pulzáló mikrohullámokkal folyamatosan megváltoztatták az elektron forgásának irányát. Így az mindig visszatért eredeti pozíciójához.

A tudóscsapat képes volt demonstrálni, hogy a gyémántba zárt rendszer valóban „kvantum módon” működik, mert átment az úgynevezett Grover-alogoritmus teszten. (Lov Grover, a Bell Laboratóriumok kutatója 1996-ban dolgozta ki azt az algoritmust, amely kézzelfoghatóvá tette a kvantum számítástechnikában rejlő lehetőségeket.) A teszt egy rendezetlen adatbázisban folytat keresést, valahogy úgy, mintha egy nevet kellene megtalálni egy telefonkönyvben, de csak a szám ismert. Lehet, hogy már elsőre megvan a keresett név, de lehet, hogy az összeset át kell bogarászni az eredményhez.

A kvantumkomputer a szuperpozíciós képességét kihasználva ezt gyorsan eléri, mert nincs szüksége végigjárni a hagyományos iterációs folyamatot, mert képes kihagyni döntési helyzetekben a rossz válaszokat. Ha ezt az esetek 95 százalékában produkálja, akkor a tudomány már elismeri, hogy kvantum módon működik.