Naučnici razvijaju alat za “štampanje” jeftinih “procesora” kvantnih računara koristeći atome

Kvantno računarstvo bi trebalo da postane sljedeća velika stvar za računare. Procesna snaga postojećih prototipova već premašuje savremene CPU u proračunima sa decimalnim brojevima. Njihove buduće primjene kreću se od stvaranja neraskidivog šifrovanja do „dizajniranja“ novih lijekova ili vakcina na molekularnom nivou.

Grupa istraživača sa nekoliko univerziteta, instituta i laboratorija širom svijeta zajedno je razvila metod za proizvodnju jeftinih kvantnih računara koristeći atome i neke od metoda za proizvodnju konvencionalnih poluprovodničkih centralnih procesorskih jedinica (CPU), navodi se u radu za nedeljni časopis ”Napredni materijali”.

Uspjeli su da ugrade atome u silicijumsku pločicu na kojoj su izgradili kvantni bit, (ili “qubit”) “čipove” – osnovne komponente svakog kvantnog računara. Ovi atomski izgrađeni qubiti mogu promijeniti svoje stanje u tri stanja (umjesto binarnih funkcija sa dva stanja pomoću kojih obični bitovi funkcionišu u regularnim CPU) i dozvoliti računaru da ih „čita“. Iako je kvantni procesor koji je napravljen korištenjem ovih metoda bio samo u malom obimu, istraživači vjeruju da se tehnologija može skalirati.

„Vjerujemo da bismo na kraju mogli da napravimo mašine velikih razmjera zasnovane na kvantnim bitovima jednog atoma koristeći našu metodu i koristeći prednosti proizvodnih tehnika koje je industrija poluprovodnika usavršila“, rekao je vodeći autor rada, profesor David Jamieson sa odeljenja za fiziku Univerziteta u Melburnu.

Grupa, koju je predvodio tim sa Univerziteta u Melburnu, modifikovala je mikroskop atomske sile za svoj eksperiment, posebno njegovu oštru konzolu koju mikroskop može pomjerati sa nanometarskom tačnošću i može precizno dodirnuti silicijumski šablon na željenim mjestima.

Istraživači su izbušili mikroskopsku rupu u konzoli i koristili je za bombardovanje silicijumske pločice atomima fosfora – tačno jedan atom po nanometru. Tako su bili u mogućnosti da postave atome tačno tamo gdje su željeli – u suštini “štampajući” qubite na šablonu kako im je volja. Čak su izmislili i poseban sistem da “čuje” kada atom udari u silicijumsku podlogu, tako da je samo jedan ugrađen u jednu tačku šablona.

„Jedan atom koji se sudara sa komadom silicijuma stvara veoma slab klik, ali mi smo izmislili veoma osjetljivu elektroniku koja se koristi da detektuje klik. Možemo reći: ”Oh, tu je klik – atom je upravo stigao! Sada možemo pomjerite konzolu na sljedeće mjesto i sačekati sljedeći atom”, rekao je profesor Jamieson.

Grupa istraživača, koja je uključivala naučnike sa Univerziteta Novog Južnog Velsa, Helmholc-Zentrum Drezden-Rosendorf laboratorije, Lajbnic instituta za površinsko inženjerstvo i Kraljevskog tehnološkog instituta u Melburnu, tako je uspjela da izgradi atomski qubit koji sklapa niz preciznim ugrađivanjem atoma na silikonskoj pločici koristeći iskustvo koje su proizvođači poluprovodnika akumulirali decenijama. Sada imaju za cilj da naprave veći kvantni uređaj koristeći metodu koja bi mogla da bude izazov za skupi prototip koji je napravio Google.

Očekuje se da će kvantni računari zamijeniti obične uređaje, pa čak i superkompjutere u određenim oblastima. Od njih se posebno očekuje da nadmaše obične procesore u oblastima kao što je kriptografija stvaranjem neraskidivih šifara, i u razvoju novih lijekova – izračunavanjem ispravne sekvence savijanja za molekule, što je bila jedna od glavnih prepreka na putu razvoja vakcina protiv virusa Corona.

Prvi prototipovi su već dostigli takozvanu „kvantnu nadmoć“ – sposobnost da se za nekoliko sati ili čak minuta riješe složeni proračuni, za koje bi vrhunskim superkompjuterima bile potrebne hiljade godina. Guglov superkompjuter uspio je da provjeri da li generator pseudoslučajnih brojeva proizvodi zaista slučajne brojeve.