Για χρόνια, οι κβαντικοί υπολογιστές περιβάλλονται από μια έντονη φημολογία, υποσχόμενοι να φέρουν επανάσταση σε πολλούς τομείς, από την ιατρική και τον σχεδιασμό μπαταριών μέχρι την επιστήμη των υλικών και την κυβερνοασφάλεια.
Ωστόσο, η υλοποίηση των δυνατοτήτων τους σε πρακτικό επίπεδο είναι δυνατή μόνο εάν μεγάλοι αριθμοί qubits (οι βασικές μονάδες πληροφορίας) μπορούν να αλληλεπιδρούν μεταξύ τους με υψηλή ακρίβεια και ευελιξία.
Ένα από τα κύρια εμπόδια που αντιμετωπίζουν οι επιστήμονες είναι ότι τα παραδοσιακά qubits είναι καθηλωμένα σε σταθερές θέσεις, κάτι που σημαίνει ότι μπορούν να «επικοινωνούν» μόνο με τους άμεσους γείτονές τους.
Η τεχνολογία των «κινούμενων» qubits
Μια ομάδα ερευνητών με επικεφαλής τον Lieven Vandersypen από το Τεχνολογικό Πανεπιστήμιο Delft στην Ολλανδία, ανέπτυξε μια μέθοδο για τη μετακίνηση των qubits πάνω σε ένα chip σιλικόνης.
Η τεχνική, που ονομάζεται «conveyor-mode shuttling», χρησιμοποιεί μεταβαλλόμενα ηλεκτρικά πεδία για τη μεταφορά ηλεκτρονίων. Το γεγονός ότι η συσκευή είναι κατασκευασμένη από σιλικόνη είναι εξαιρετικά σημαντικό, καθώς αυτό σημαίνει ότι θα μπορούσε να παραχθεί με τις ίδιες μεθόδους που χρησιμοποιούνται σήμερα για την κατασκευή των κοινών επεξεργαστών υπολογιστών.
Αλληλεπίδραση και κβαντική λογική
Στο πείραμά τους, οι επιστήμονες χρησιμοποίησαν μια διάταξη από κβαντικές κουκκίδες (quantum dots) -μικροσκοπικές παγίδες που συγκρατούν μεμονωμένα ηλεκτρόνια. Τοποθέτησαν δύο ηλεκτρόνια, που λειτουργούσαν ως qubits, σε διαφορετικά άκρα της συσκευής. Εφαρμόζοντας μια συντονισμένη ακολουθία τάσεων, δημιούργησαν κινούμενες ηλεκτρικές περιοχές που μετέφεραν τα ηλεκτρόνια προς το κέντρο.
Όταν τα ηλεκτρόνια πλησίασαν, οι κβαντικές τους καταστάσεις άρχισαν να αλληλεπιδρούν, επιτρέποντας την εκτέλεση λογικών πράξεων. Μετά την ολοκλήρωση της διαδικασίας, τα σήματα αντιστράφηκαν για να επιστρέψουν τα ηλεκτρόνια στην αρχική τους θέση για την ανάγνωση των δεδομένων.
Κβαντική τηλεμεταφορά και το μέλλον της αρχιτεκτονικής
Σε ένα δεύτερο πείραμα, η ομάδα πέτυχε την κβαντική τηλεμεταφορά. Δημιούργησαν έναν μόνιμο κβαντικό δεσμό (εναγκαλισμό) μεταξύ δύο ηλεκτρονίων και στη συνέχεια τα χώρισαν σε διαφορετικά σημεία του chip.
Χρησιμοποιώντας ένα τρίτο qubit, κατάφεραν να μεταφέρουν την κβαντική του κατάσταση σε ένα άλλο ηλεκτρόνιο μέσω του εναγκαλισμένου ζεύγους. Αν και υπάρχουν ακόμη πολλές προκλήσεις μέχρι οι κβαντικοί υπολογιστές να γίνουν μέρος της καθημερινότητάς μας, οι ερευνητές πιστεύουν ότι η αρχιτεκτονική των κινητών qubits θα αποτελέσει καθολικό χαρακτηριστικό των μελλοντικών κβαντικών επεξεργαστών μεγάλης κλίμακας.