(Képek: Wikimedia Commons, Wisconsin-Madison University)
A kvantumszámítógép, akárcsak a mesterséges intelligencia vagy a robotika, a jövő legígéretesebb, exponenciálisan fejlődő technológiáinak egyike. Nemcsak laboratóriumi körülmények között, rövid ideig, hanem a valóságban is működő modellek azonban még nincsenek. Építésüket több tényező hátráltatja.
Ezek egyike a méretezési probléma, hogy a gép megfelelő nagy mennyiségű kvantumbitet (qubitet) használva, környezeti zajok jelenlétében működjön pontosan – vagy egyáltalán működjön –, és érjen el jó eredményeket. A hibaráta csökkentésében komoly előrelépésekre van szükség.
Hogyan csökkentsük a környezeti zajok káros hatását?
A jelenlegi próbálkozások többsége rövid mikrohullámú impulzusokkal igyekszik szabályozni a számítások alapegységeit, a qubiteket, hogy végezzék el a kvantumalapú logikai műveleteket. A technológiát viszont nagyon nehéz ezer qubit fölé skálázni, és ez a szám egyáltalán nem nevezhető soknak, ha figyelembe vesszük, hogy a környezeti zajok hatását csökkentő, semlegesítő hibakorrekcióhoz nagy mennyiségű, akár egymilliónál több kvantumbit kellene. Máskülönben nincs eredményes hibajavító rendszer.
Az amerikai Wisconsin-Madison Egyetem kutatói szignifikáns mértékben javítottak egy, a hagyományos eljárásoknál könnyebben skálázható technikán . A mágneses fluxus egységeivel, úgynevezett fluxuskvantákkal működő alternatív módszer lényege, hogy ezekkel az egységekkel történik a hagyományos szupervezető kvantumbitek irányítása. (A fluxus vagy átáramlás az adott területen átáramló anyag, energia mennyisége, vagy egy erőtérnek a felületen történő áthatolása.)
Az egyszerű fluxuskvanta a szupervezető eszközben létrehozott mágneses átáramlás legkisebb egysége. Ezzel a qubit-vezérléssel a kutatók szerint egyszerűbb a felméretezés, mintha mikrohullámokat használnának. Mivel a hardver sokkal kevesebb energiát fogyaszt, csökken a szükséges hűtési teljesítmény, amely szintén fontos probléma nagyobb kvantumrendszereknél.
Komoly előrelépés
Kvantumszámításokhoz alapvető logikai műveletek sorát kell elvégezni, mindegyik speciálisan változtatja meg a qubitek állapotát. Az egyedi fluxuskvanta-technológia egyik kihívása e műveletek precíz kivitelezhetőségének a bemutatása.
A Wisconsin-Madison Egyetem kutatói erre tettek kísérletet. Első próbálkozásaikkal 91, a későbbiekkel 98 százalék körüli pontosságot értek fel. Jelenlegi céljuk, hogy 99 százalék fölé – 99,9-re, sőt, 99,99-re – tolják a mutatót. A megvalósításhoz a fluxuskvantákat előállító eszközt a qubitekkel végzett műveletektől különálló chipre helyezték. Az ok egyszerű (a kivitelezés annál nehezebb): a fizikai elkülönítés csökkenti a fluxus-impulzusokat generáló szerkezet és a qubitek közötti interferenciát. A két chipet szendvics-szerűen helyezték el, indiumhidak kötötték össze őket.
A teszteknél folyamatosan változtatták a működési paramétereket, hogy megtalálják a qubitek legpontosabb működéséhez szükséges feltételeket. A fluxus-impulzusokat létrehozó eszköz hibarátáját 1,2 százalékra sikerült csökkenteniük. Az eddigi legalacsonyabb 2,1 százalék volt, tehát komoly előrelépésről beszélhetünk.
