O provocare esențială în calculul cuantic
Progresele în domeniul calculului cuantic sunt promițătoare, însă dezvoltarea acestor sisteme vine cu dificultăți majore. Una dintre cele mai mari provocări este stabilitatea qubiților – unitățile fundamentale de informație cuantică. Cu cât se adaugă mai mulți qubiți într-un singur dispozitiv, cu atât devine mai greu să fie menținuți într-o stare coerentă. Cercetătorii au testat metode precum ecranarea, corecția erorilor sau suprapunerea fizică a qubiților, dar menținerea stabilității rămâne o problemă.
Ce înseamnă teleportarea cuantică?
În acest context, „teleportarea” nu presupune transportul fizic al materiei, ci transferul stării cuantice delicate a unui qubit – acea stare simultană de zero și unu – către un alt qubit situat la distanță, folosind fenomenul de entanglement cuantic și un schimb rapid de informație clasică (biți binari).
Până recent, astfel de experimente au rămas mai mult la nivel de demonstrații teoretice.
Realizare istorică: poartă logică între cipuri separate
O echipă de cercetători a reușit acum să folosească teleportarea cuantică pentru a realiza o poartă logică funcțională între două cipuri cuantice aflate la aproximativ doi metri distanță. Această reușită deschide drumul către construirea unor clustere de procesoare cuantice mai mici, care pot colabora ca un singur supercalculator.
Pentru acest experiment, oamenii de știință au folosit două tipuri de qubiți: „de rețea” – atomi proiectați special pentru a trimite și primi semnale optice, și „de circuit” – qubiți dedicați procesării efective a datelor. Teleportarea a fost realizată inițial între qubiții de rețea, creând o punte între cele două cipuri, după care qubiții de circuit au putut interacționa ca și cum s-ar fi aflat pe același cip.
Avantajul modularității și flexibilității
Deși distanța dintre cipuri poate părea mică, ea permite introducerea de îmbunătățiri, reparații sau echipamente noi fără a deschide camere criogenice complexe. Spre deosebire de strategiile inițiale care presupuneau suprasaturarea unui singur cip cu mii de qubiți – o abordare ce duce la erori crescute – noul model modular permite păstrarea controlului strict asupra fiecărui modul și unificarea funcționării lor prin teleportare.
Această tehnică este, de asemenea, eficientă din punctul de vedere al resurselor de comunicare, necesitând doar o pereche de qubiți în entanglement și doi biți clasici pentru a efectua o poartă logică între două qubiți de rețea.
Cursa pentru supremația cuantică și atomii neutri ultrareci
Companiile tehnologice globale concurează pentru a construi primul calculator cuantic funcțional. În februarie, Microsoft a anunțat lansarea primului său cip cuantic, urmat la scurt timp de un progres al Google în corecția erorilor cuantice. Pe măsură ce competiția se intensifică, atenția se îndreaptă către o tehnologie promițătoare: atomii neutri răciți la temperaturi extreme.
Universitatea de Tehnologie Swinburne explorează acest domeniu de două decenii. Potrivit profesorului asociat Tapio Simula, atomii neutri – atomi în care numărul de protoni este egal cu numărul de electroni – devin extrem de utili în stări ultrareci, apropiate de zero absolut. În aceste condiții, comportamentul lor nu mai poate fi explicat de fizica clasică, ci doar de mecanica cuantică.
Aplicații revoluționare ale atomilor neutri reci
Acești atomi pot sta la baza unor tehnologii de vârf: ceasuri atomice ultra-precise, senzori cuantici de mare sensibilitate și computere cuantice avansate. În laboratoarele Universității Swinburne, cercetările conduse de profesorul Simula evidențiază potențialul vortexurilor cuantice în superfluide – fluide capabile de transport energetic fără pierderi.
Aceste fenomene ar putea avea aplicații ce variază de la supraconductivitate la temperaturi ridicate, până la studiul stelelor neutronice în rotație. Unele vortexuri ar putea chiar funcționa ca unități de informație – qubiți – într-un calculator cuantic.
Un viitor condus de cooperare cuantică modulară
Teleportarea cuantică și utilizarea atomilor neutri ultrareci oferă o cale alternativă către dezvoltarea de sisteme cuantice scalabile, flexibile și fiabile. În locul forțării limitelor hardware, comunitatea științifică pare să se îndrepte spre soluții mai elegante, bazate pe modularitate și fizică de frontieră. Acest nou capitol din cercetarea cuantică promite un viitor în care procesarea informației devine mai rapidă, mai precisă și mai eficientă decât oricând.
