Ο κβαντικός υπολογιστής βρίσκεται πιο κοντά στην πραγματικότητα

Πηγή: Reuters, , 20 Νοεμβρίου 2006

Ερευνητές από το πανεπιστήμιο της πολιτείας Utah έχει κάνει το πρώτο βήμα προς την ανάπτυξη ενός υπερταχύ υπολογιστή βασισμένου στην κβαντική φυσική, δείχνοντας ότι είναι δυνατό να διαβαστούν στοιχεία που έχουν αποθηκευτεί υπό τη μορφή μαγνητικών «σπιν» των ατόμων του φωσφόρου.

«Η εργασία μας είναι μια σημαντική ανακάλυψη για την αναζήτηση ενός μηχανισμού σε ατομική κλίμακα, που θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί για μια συσκευή ανάγνωσης στοιχείων. Έχουμε δείξει πειραματικά ότι ο προσανατολισμός του πυρηνικού απιντων ατόμων του φωσφόρου, που είναι ενσωματωμένα στο πυρίτιο μπορεί να μετρηθεί από πολύ λεπτά ηλεκτρικά ρεύματα τα οποία περνούν μέσα από τα άτομα του φωσφόρου", λέει ο Christoph Boehme από το πανεπιστήμιο .Utah

«Έχουμε λύσει ένα σημαντικό εμπόδιο για την δημιουργία ενός ιδιαίτερου είδους κβαντικού υπολογιστή, τον κβαντικό υπολογιστή φωσφόρου και πυριτίου,» λέει ο Boehme. «Για αυτό τον τύπο, η ανάγνωση των στοιχείων ήταν το μεγαλύτερο ζήτημα, και σήμερα έχουμε παρουσιάσει ένα νέο τρόπο για να διαβάσουμε τα στοιχεία."

Στους σύγχρονους ψηφιακούς υπολογιστές, οι πληροφορίες διαβιβάζονται με το ηλεκτρονιακό ρεύμα, τα αρνητικά φορτισμένα σωματίδια. Τα τρανζίστορ στους υπολογιστές είναι ηλεκτρικοί διακόπτες που αποθηκεύουν τα στοιχεία ως μπιτ, στα οποία το "off" και το "on" αντιπροσωπεύουν ένα μπιτ πληροφορίας: είτε 0 είτε 1.

Ο Boehme, που πραγματοποίησε τη μελέτη με τους συναδέλφους του από τη Γερμανία υποστηρίζει ότι οι κβαντικοί υπολογιστές, που πρόκειται να χτιστούν στο μέλλον, θα βασίζονταν στις αρχές της κβαντομηχανικής, στην οποία τα φωτόνια ή τα πολύ μικρά σωματίδια της ύλης μπορούν να είναι συγχρόνως σε διαφορετικές θέσεις.

Σε έναν κβαντικό υπολογιστή, ένα «qubit» - κβαντικό μπιτ - θα μπορούσε να είναι  συγχρόνως και 0 και 1. Αυτό σημαίνει ότι ένας κβαντικός υπολογιστής με τρία qubit θα μπορούσε να υπολογίσει οκτώ φορές γρηγορότερα από έναν ψηφιακό υπολογιστή τριών μπιτ.

Οι σημερινοί προσωπικοί υπολογιστές υπολογίζουν σήμερα 64 μπιτ δεδομένων σε μία φορά. Εντούτοις ένας κβαντικός υπολογιστής με 64 qubits θα ήταν 2⁶⁴ γρηγορότερος, ή περίπου 18 δισεκατομμύρια φορές γρηγορότερος.

Σε έναν τέτοιο υπολογιστή, το πυρίτιο - ο ημιαγωγός που χρησιμοποιείται στα τσιπ των ψηφιακών υπολογιστών - θα είχε ντοπαριστεί με άτομα του φωσφόρου, και τα δεδομένα θα κωδικοποιούνταν στα σπιν των πυρήνων αυτών των ατόμων. Θα χρησιμοποιούνταν εξωτερικά ηλεκτρικά πεδία για να διαβάσουν και να επεξεργαστούν τα δεδομένα που θα αποθηκεύονται ως σπιν.

Στη νέα μελέτη, ο Boehme και οι συνάδελφοι του χρησιμοποίησαν πυρίτιο με πρόσμιξη με άτομα του φωσφόρου. Εφαρμόζοντας ένα εξωτερικό ηλεκτρικό ρεύμα, ήταν σε θέση να «διαβάσουν» το δίκτυο των σπιν 10.000 ηλεκτρονίων και πυρήνων ατόμων του φωσφόρου κοντά στην επιφάνεια του πυριτίου.

«Ανακαλύψαμε έναν μηχανισμό που θα μας επιτρέψει να μετρήσουμε τα σπιν των πυρήνων των μεμονωμένων ατόμων του φωσφόρου σε ένα κομμάτι του πυριτίου,  όταν ο φώσφορος είναι κοντά [περίπου μέσα σε 50 άτομα] στην επιφάνεια,» λέει ο Boehme. Με το βελτιωμένο σχέδιο, πρέπει να είναι δυνατό να φτιαχτεί μια πολύ μικρότερη συσκευή που «θα μας αφήνει να διαβάσουμε μόνον έναν πυρήνα φωσφόρου."

«Εάν θέλετε να συγκρίνετε την ανάπτυξη των κβαντικών υπολογιστών με τους κλασσικούς υπολογιστές, πιθανώς θα ήμαστε αμέσως πριν από την ανακάλυψη του άβακα,» λέει. «Είμαστε πολύ νωρίς στην ανάπτυξη."

Η μελέτη θα δημοσιευθεί στο τεύχος Δεκεμβρίου στο περιοδικό Nature