Alţi paşi înspre QC

Multimedia | 7 Ianuarie 2019

Quantum Computing este orizontul scrutat tot mai intens de specialiştii domeniului IT, pe măsură ce componentele actuale (CPU, RAM, SSD) – devenind tot mai puternice, mai mici şi mai dense – ameninţă să atingă limitele fizice ale materialelor în abordarea electronicii digitale. Doar că orizontul acesta nu se apropie cu viteza pe care ne-am imagina-o: soluţia unui calculator cuantic care să preia ştafeta calculatorului electronic încă este departe, aşa că înregistrăm, cu răbdare şi recunoştinţă, micii paşi pe care comunitatea ştiinţifică îi face prin rezolvarea de felurite aspecte înspre acel orizont. Şi continuăm astfel articolele publicate anterior în revista 'IT Trends'.

Autor: Mircea Băduț

Recapitulaţie

Din articolele anterioare despre Quantum Computing aţi putut afla că în locul stărilor electrice ale dispozitivelor semiconductoare, calculul cuantic foloseşte stări discrete ale unor particule elementare/subatomice (sarcini electrice ale ionilor, spinul electronilor, polarizarea sau faza fotonilor, prezenţa/poziţia particulei, etc) sau ale unor agregate de particule (precum în cazul q-biţilor cu supraconductori, al atomilor cu stare electrodinamică, sau al moleculelor cu spin nuclear în câmp magneto-rezonant). Chiar am putea observa că, până la urmă, este o doar chestiune de... miniaturizare, întrucât starea electrică a clasicelor dispozitive electronice se compune de fapt dintr-o mulţime concertată de stări elementare.

Reţinem oricum faptul că încă nu s-a ajuns la o abordare unică (adică la alegerea unui model garantat-viabil de arhitectură pentru nucleul de calcul cuantic): pe meridianele globului s-au înregistrat ori sunt în derulare o mulţime de cercetări, cu exploatări diverse ale particulelor cuantice. Şi încheiem recapitularea reiterând pe scurt problematicile cheie ale cercetării QC: • izolarea şi controlarea particulelor/agregatelor ce constituie q-biţii; • citirea/scrierea şi transmiterea stărilor cuantice (ce vor constitui stările logice la nivelul algoritmului-maşină); • evitarea contaminării stărilor cuantice (decoerenţiera, disipaţia); • scalarea grupului de q-biţi; • exploatarea/controlarea entanglementului (empatia dintre particule independente); • exploatarea stărilor de superpoziţie (dincolo de |0⟩ şi |1⟩).

 

Entanglement record la Universitatea din Innsbruck

În aprilie era anunţată comunităţii ştiinţifice internaţionale o realizare deosebită: cel mai mare registru controlabil de stări cuantice în entanglement, constând din 20 de q-biţi.

Realizarea este importantă şi din perspectiva faptului că unul dintre atuurile calculului cuantic (în faţa calculului eletronic) ar consta în numărul de q-biţi, cu limită teoretică mult îndepărtată. Dacă în 2011 fizicienii reuşeau să grupeze 14 q-biţi adresabili independent (fiind atunci cel mai mare registru cuantic), acum echipa interdisciplinară austriacă a realizat un sistem de multi-particule în entanglement constituind un registru de 20 de quantum-biţi.

<fig.1 – Generarea unui entanglement cuantic într-un şir de 20 de atomi. În experimentele de la Institutul pentru Optică Cuantică şi Informatică Cuantică al Universităţii din Innsbruck s-au putut observa "empatii" între perechi de atomi (albastru), tripleţi de atomi (roz), quadrupleţi de atomi (roşi) şi quintupleţi de atomi (galben). Credit: IQOQI Innsbruck / Harald Ritsch>

La Institute of Quantum Optics and Quantum Information din Innsbruck, fizicienii au folosit laserul pentru a trece în starea de empatie cei 20 de atomi de calciu aflaţi în capcana ionică, şi concomitent au analizat propagarea entanglementului multi-particulă în acest sistem. Pentru detectarea stărilor s-au folosit şi metode puse la punct la Universitatea din Ulm şi la IQOQI Vienna.

În alte cercetări (precum cele folosind abordarea cu gaze ultra-reci) a fost detectat entanglement pentru mulţimi mari de particule, însă experimentul de la Innsbruck este deosebit prin abilitatea de a controla individual adresarea şi citirea fiecărui q-bit, ceea ce deschide calea pentru aplicaţii practice de procesare cuantică a informaţiei.

 

Cuplaj între un electron şi un foton

De la Universitatea Tehnică din Delft, Olanda, aflăm despre primele experimente prin care starea unui electron a fost cuplată cu cea a unui foton.

Echipa condusă de profesorul Lieven Vandersypen a reuşit să transfere informaţia cuantică de la un electron (starea de spin) la un foton de microundă, cu cele două particule confiate într-un chip de siliciu, iar realizarea conexiunii prin dispozitivul de siliciu are potenţialul de a fi scalată pentru a conecta seturi mari de q-biţi.

Dacă până acum electronii constituind q-biţi într-un agregat de siliciu puteau să-şi transmită starea cuantică/logică doar în imediata vecinătate, experimentul a realizat o transmisie "la distanţă". Electronul controlat cuantic a fost "blocat" într-un quantum-dot de siliciu, iar fotonul a fost stocat într-un rezonator superconductor de înaltă impedanţă aflat pe acelaşi chip de siliciu. Prin intermediul unui câmp magnetic intens, componenta de câmp electric din cavitatea fotonului a fost cuplată direct la dipolul de sarcină electrică din qunatum-dot, şi astfel, prin influenţă, la spinul electronului.

Specialiştii consideră că rezultatul experimentului deschide posibilitatea de a proiecta reţele mari de registre cuantice pe bază de quantum dot.

<fig.2 –Un cip de siliciu pentru cuplaj cuantic. Credit: TU Delft>

Din revista 'Nature Physics' 14/2018 (paginile 996-1000) aflăm despre o realizare academică recentă: schimbul de informaţie quantică ntre un atom (q-bitul material) și un foton (q-bitul mobil). Controlarea acestor operaţii de transfer prin poartă logică SWAP poate deveni semnificativă atât datorită eficienţei energetice extreme (operaţia implică un singur foton și un singur atom) cât şi prin potenţialul de scalare de care viitorul calculator cuantic are nevoie pentru a deveni practic. (https://doi.org/10.1038/s41567-018-0241-6).

Cursurile Agora

Alege conferintaAlege conferintaAlege conferintaAlege conferintaAlege conferintaAlege conferintaAlege conferintaAlege conferintaAlege conferintaAlege conferinta
  • Unde: Bucharest, Romania
  • Când: în curând
  • Info: 2 day course
Participa la curs
Cursul Agora
  • Unde: Bucharest, Romania
  • Când: în curând
  • Info: 1 day course
Participa la curs
Cursul Agora
  • Unde: Bucharest, Romania
  • Când: în curând
  • Info: 2 day course
Participa la curs
Cursul Agora
  • Unde: Bucharest, Romania
  • Când: în curând
  • Info: 1 day course
Participa la curs
Cursul Agora
  • Unde: Bucharest, Romania
  • Când: în curând
  • Info: 2 day course
Participa la curs
Cursul Agora
  • Unde: Bucharest, Romania
  • Când: în curând
  • Info: 2 day course
Participa la curs
Cursul Agora
  • Unde: București
  • Când: în curând
  • Info: 2 zile
Participa la curs
Cursul Agora
  • Unde: Bucharest, Romania
  • Când: în curând
  • Info: 2 day course
Participa la curs
Cursul Agora
  • Unde: Bucharest, Romania
  • Când: în curând
  • Info: 2 day course
Participa la curs
Cursul Agora
  • Unde: Bucharest, Romania
  • Când: în curând
  • Info: 1 day course
Participa la curs
Cursul Agora

Cea mai recentă conferinţă Agora

12 decembrie 2017

Data Centers & IT Infrastructure Management

Data Centers & IT Infrastructure Management

Viitorul este în cloud, mobil și social. Fenomenul Internet of Things devine și el realitate. În 2020 pe glob vor exista 50 de miliarde de dispozitive, care vor produce 35 zettabytes de [...]

 
Fii la curent cu ultimele noutati agora.ro!