A fényt használva több milliószor gyorsabb számítógépeket kaphatunk

Egy új technológia lehetővé teszi az elektronok fénnyel történő manipulálását, amivel akár szobahőmérsékletre is hozható a kvantum számítástechnika.

Több német kutatóintézet és a Michigan Egyetem közös kutatócsapatának sikerült demonstrálnia, hogy infravörös lézer impulzusokkal képesek átbillenteni elektronokat az egyik állapotukból a másikba – a két állapot a klasszikus számítástechnika 0 és 1-esének felelhet meg.

“A hagyományos elektronika a gigahertzes tartományban mozog, ami másodpercenként egy milliárd számítást jelent. Ez a módszer ennél milliószor gyorsabb,” mondta Mackillo Kira, a Michigan Egyetem villamosmérnöki és számítástechnikai tudományok professzora.

A kvantum számítástechnika lehetővé teszi olyan problémák megoldását, amelyek túl sokáig tartanak a jelenleg használt hagyományos gépeken, amivel lényegesen felgyorsíthatóak például a mesterséges intelligencia terén történő előrelépések és akár a gyógyszerek tesztelésében és tervezésében is segíthetnek. A kvantum számítástechnika nagy előnye a kvantum bitekben rejlik, melyek nem csupán nullák és egyesek, hanem a kettő közötti úgynevezett szuperpozíciós állapotokat is felvehetnek.

“A klasszikus számítógépeknél, minden konfigurált bitet egyesével kell eltárolni és feldolgozni, amíg több kvantum bitet ideális esetben egy futtatással minden konfigurációban el tud raktározni és fel tud dolgozni,” mondta Kira.

Ez azt jelenti hogy, ha egy sornyi különböző megoldást kell mérlegelni egy feladat megoldásához, akkor a kvantum számítástechnika sokkal gyorsabban eljut a megoldásig.

A kvantum bitek előállítása – és megőrzése – nem egy egyszerű folyamat, mivel a kvantum állapot nagyon törékeny. A jelenleg nagyobb technológiai cégnél (Intel, IBM és Microsoft) használt folyamatnál szupravezető áramköröket használnak – tekercselt vezeték amit 321°F-re hűtenek – ennél az elektronok ütközése abbamarad és ehelyett a koherencia folyamata során megosztják kvantum állapotukat.

Most ahelyett, hogy a kvantum állapotot hosszabb ideig történő fenntartására fókuszálnának, a kutatók módot találtak arra, hogy a folyamatot lényegesen gyorsabban véghez tudják vinni – mielőtt még az állapot felbomlana.

“Hosszú távon reális esélyt látunk arra, hogy létrehozzunk olyan kvantum információs berendezéseket, amelyek a fényhullámok oszcillációjánál gyorsabban képesek üzemelni,” mondta Rupert Huber, a kísérletek vezetője. “A hozzá szükséges anyag előállítása egyszerű, képes üzemelni a szoba-hőmérsékletű levegőn és pusztán pár atomnyi vastagságban teljesen kompakt.”

Az anyag egy rétegnyi volfrámot és szelént tartalmaz, amelyek méhsejt alakú rácsot alkotnak. Ez a struktúra egy páros elektron állapotot hoz létre – úgynevezett pseudospint. Ez nem az elektronok spinje, hanem egy fajta irányított perdület. Ez a kettő pseudospin képes kódolni az egyeseket és nullákat.

A csapatnak sikerült gyors infravörös fény impulzusokkal ezekbe az állapotokba lökni az elektronokat egy pár femtoszekundumra. Az eredeti impulzus önmaga is rendelkezik spinnel, ami segítségével képes a pseudospin állapotba lökni az elektront, ezután a fény spinnel nem rendelkező részének segítségével képesek váltani az pseudospin állapotok között.

Azzal, hogy nulláknak és egyeseknek tekintik ezeket az állapotokat, egy új fényhullámokon alapuló számítógépet kaphatunk, amivel akár a mai számítások milliószorosát is képesek lehetünk elvégezni ugyanannyi idő alatt. Ebben az első kihívás lézer impulzus sínek kialakítása lesz, amelyekkel képesek szabadon és egyszerűen váltogatni a pseudospin állapotot.

Azonban az elektronok képesek felvenni egy szuperpozíciót a kettő pseudospin között és egy sornyi impulzussal lehetséges lehet számításokat végezni, amíg az elektronok kiesnek ebből a koherens állapotból. A csapat eredményei igazolták, hogy a kvantum bitek képesek voltak annyi számításra, ami már elég egy kvantum processzorhoz.

Ezen felül, mivel az elektronok folyamatosan fényt bocsátanak ki ezért a kvantum bitek állapota könnyen meghatározható az állapot változtatása nélkül.

A kvantum számítógépekhez vezető út következő lépcsőfoka az lesz, hogy egyszerre hozzanak létre két kvantum bitet olyan közelségben egymástól, hogy reagálni tudjanak egymásra. Ezt például a jelenleg használt anyagok megfelelő rétegzésével vagy nanostruktúrák kialakításával érhetik el.

Forrás: nature.com

Szerkesztő: arsratio

Oszd meg

1 Hozzászólás

  1. “321°F-re hűtenek” Ez biztosan MARHASÁG! Az abszolút nulla fok környékén a Kelvint használják, azt szokták pár tizedre, századra megközelíteni (Celsiusban kb. -273 fok)

    válasz küldése

Hozzászólás küldése

Az email címet nem tesszük közzé. A kötelező mezőket * karakterrel jelöljük.