Kubit w krzemowym czipie: produkcja komputerów kwantowych na masową skalę coraz bliżej?

Komputery kwantowe to wciąż albo sprawa trochę mityczna, jak wwypadku tych tajemniczych maszyn od D-wave, które zdaniem wieluekspertów wcale kwantowymi komputerami nie są, albo takeksperymentalna, że bardziej służy fizykom jako dowód słusznościteorii. Lata prac nad budowaniem fizycznych reprezentacji kubitów(podstawowych jednostek informacji kwantowej) przynosiły jedynieegzotyczne, niestabilne konstrukcje, którym daleko było doprzeprowadzenia np. praktycznych ataków na funkcję skrótu SHA-256za pomocą algorytmu Grovera. Zmienić się to może niebawem –zespół fizyków z Australii i Wielkiej Brytanii poradził sobie zumieszczeniem kubitów w krzemie.Artykuł pt. High-fidelity readout and control of a nuclearspin qubit in silicon, dostępny (za darmo!) tutaj,przedstawia przełomowe osiągnięcie badaczy z zespołu podprzewodnictwem profesora Andrei Morello: konstrukcję kubituwykorzystującego spin jądra pojedynczego atomu fosforuumieszczonego w zawierającej jednoelektronowy tranzystornanostrukturze. To rozwinięcie prowadzonych przez tych samych ludziprac z zeszłego roku – pokazali oni wówczas kubit wykorzystującyspin elektronu. [img=quantum]Z elektronami jest oczywiścieproblem – wszelkie zaburzenia elektromagnetyczne z zewnątrzprowadzą do szybkiej dekoherencji,niszcząc stan układu kwantowego. Wykorzystanie jądra atomowegopozwala znacząco wydłużyć czas koherencji takiego kubitu, jądraatomowe są bowiem niemal całkowicie odporne na wpływy pólelektromagnetycznych. Coś jednak za coś, o ile pomiar spinuelektronu jest stosunkowo łatwy, to pomiar spinu jądra, ze względuna znikome (ok. 2000 razy mniejsze) natężenie jego polamagnetycznego, jest znacznie trudniejszy.[yt=http://www.youtube.com/watch?v=AtygwlEvrpc]Wartości w takim jądrowymkubicie ustawia się za pomocą rezonansu magnetycznego, a do odczytuwykorzystano efekt konwersji spinu w ładunek (magnetyzm jądra mawpływ na elektrony w atomie, i to one są mierzone). W efekcie udałosię uzyskać czas koherencji na poziomie 60 milisekund, tj. 600 razydłuższy, niż w kubitach wyprodukowanych w laboratoriach IBM-a wzeszłym roku. Co najważniejsze, zarówno ustawienie kubitu, jak iodczyt jego stanu realizowane są przez układy półprzewodnikowe, anie jakieś makroskopowe, niemożliwe do zminiaturyzowaniakonstrukcje, zachowują przy tym bardzo wysoką wierność odczytu,na poziomie między 99,8 i 99,99 procenta.Badacze podkreślają, żewszystkie operacje na ich kubicie wykonywane są za pomocą sygnałówelektrycznych o regulowanym napięciu, co zwiększa szanse naskalowalne i odporne na błędy obliczenia kwantowe w normalnymkrzemie. Skalowalność taka jest możliwa do osiągnięcia za pomocądziś już dostępnych technik wytwarzania układówpółprzewodnikowych. Kto wie – może więc jeszcze w tej dekadzie,dzięki właśnie temu osiągnięciu, doczekamy się kart rozszerzeńz „kwantowymi” czipami, możliwymi do podłączenia bezpośredniodo PCI Express w naszych pecetach.