Kvanttibitit toimivat piisirulla

Vain muutama viikkoa sitten australialaisen University of New South Walesin (UNSW) tutkijat osoittivat kvanttitietokoneen arkkitehtuurin olevan mahdollista toteuttaa piillä.

Nyt he ovat osoittautuneet, että kvanttiversio tietokonekoodista voidaan kirjoittaa ja käsitellä käyttäen kahta kvanttibittiä piiperustaisella mikrosirulla.

Kehitys poistaa epäilyksiä, että tällaisia operaatioita voidaan tehdä luotettavasti, mikä mahdollistaa riittävän tehokkaan kvanttitietokoneen voivan olla todellisuutta.

Fyysikot ovat kamppailleet luodakseen selkeän rajan jokapäiväisen klassisen fysiikan ja kvanttimaailman välille. Viimeiset 50 vuotta paras opas tälle rajalle on ollut Bellin eriarvoisuus lauseke. Se on erittäin tiukka testi tarkistaa, jos kaksi hiukkasta todella kietoutuvat.

"Keskeistä Bell testissä on, että se on erittäin anteeksiantamaton: mikä tahansa epätäydellisyys valmistelussa, manipulointi ja luennan protokollassa aiheuttaa hiukkasten epäonnistua testissä", toteaa UNSW tutkijatohtori Juan Pablo Dehollain.

"Olemme kuitenkin onnistuneet läpäisemään testin ja olemme tehneet sen korkeimmilla" pisteillä" koskaan kirjattu näissä kokeissa", hän lisäsi yliopistonsa tiedotteessa.

UNSW:n kokeessa on kaksi kvanttihiukkasta, jotka ovat piimikrosirulle sijoitetun yhden fosforiatomin elektroni ja ydin. Nämä hiukkaset ovat, kirjaimellisesti toistensa päällä - elektronien kiertoradat ytimen ympärillä.

"Läpäistä Bell testi niin korkeilla pisteillä on vahvin mahdollinen todiste, että meillä on kvanttitietokoneen toiminta täysin hallinnassa", sanoi tutkimusta johtanut Andrea Morello. "Erityisesti voimme käyttää puhtaasti kvanttityyppistä koodia, joka edellyttää herkkää kahden hiukkasen välistä lomittumista."

Tavallisessa tietokoneessa kahdella bitillä voitaisiin kirjoittaa neljä mahdollista koodisanaa: 00, 01, 10 ja 11. Kvanttitietokoneessa, sen sijaan voidaan kirjoittaa ja käyttää "superpositioita" klassista koodisanoista, kuten (01 + 10), tai (00 + 11). Tämä edellyttää lomittumista kahden hiukkasen välille.

"Nämä koodit ovat kvanttitietokoneiden koodia, mutta eivät klassisen", toteaa UNSW tutkija Stephanie Simmons. "Tämä on, jossain mielessä syy, miksi kvanttitietokoneet voivat olla niin paljon tehokkaampia: samalla määrällä bittejä, ne antavat mahdollisuuden kirjoittaa koodi, joka sisältää paljon enemmän sanoja ja niitä käyttäen voi ajaa algoritmia, joka saavuttaa tuloksen pienemmällä määrällä työaskeleita."

"Nyt olemme osoittaneet aukottomasti, että voimme kirjoittaa tämän koodin laitteessa, joka muistuttaa piisiruja. Se on todellinen riemuvoitto sähkötekniikalle", Morelle riemuitsee.

Lisäksi Morellon johtaman ryhmän työtä tuki professori Andrew Dzurak ja hänen ryhmänsä UNSW:stä sekä yhteistyökumppaneita Melbournen ja Japanin Keio yliopistosta.