Calculatoarele cuantice au fost mult timp un vis îndepărtat al cercetătorilor în informatică, dar astăzi ele devin treptat realitate. Aceste computere promit să rezolve probleme complexe pe care computerele tradiționale ar dura mii de ani să le rezolve. Pentru ca acestea să își atingă întregul potențial este necesar să manipuleze mici unități de informații numite qubiți cu o precizie extremă. Cu toate acestea, o echipă de cercetători a făcut recent o descoperire spectaculoasă, reușind să controleze patru qubiți simultan, cu o precizie fără precedent.
În calculatoarele tradiționale, informațiile sunt stocate și procesate sub formă de biți care pot fi fie 0, fie 1. Prin urmare, aceste calculatoare funcționează pe bază binară. Calculatoarele cuantice folosesc qubiți. Un qubit, datorită legilor fizicii cuantice, poate exista într-o stare de suprapunere, adică poate fi 0 și 1 simultan. Această capacitate de a fi în mai multe stări în același timp permite calculatoarelor cuantice să efectueze calcule mult mai rapid decât omologii lor clasici, în special pentru sarcini complexe, cum ar fi modelarea moleculelor sau rezolvarea anumitor tipuri de probleme de optimizare. Controlul acestor qubiți nu este o sarcină simplă. Ele sunt de fapt extrem de sensibile la perturbațiile externe, ceea ce le face dificil de manevrat și menținut într-o stare stabilă. Aceasta a fost una dintre principalele provocări pentru cercetătorii de calcul cuantic: obținerea controlului precis al mai multor qubiți în același timp.
În acest context, echipa de la Delft University of Technology (TU Delft), din Olanda, a realizat recent o performanță impresionantă. Cercetătorii au controlat cu succes un sistem de patru qubiți folosind puncte cuantice. Punctele cuantice sunt dispozitive semiconductoare minuscule în care sunt limitați qubiții. Datorită progreselor în tehnicile de măsurare și control, echipa a demonstrat că acum este posibil să se manipuleze foarte precis acești qubiți, ceea ce constituie un progres major în domeniu. Rezultatele au fost prezentate într-un articol publicat în Nature Nanotechnology.
Lieven Vandersypen, autorul principal al studiului, explică că, în timpul acestei noi cercetări, echipa a căutat mai întâi să ajusteze interacțiunile dintre qubiți, în special schimburile de spin (mișcările interne ale particulelor subatomice) într-o rețea de puncte cuantice. Pentru a face acest lucru, au folosit impulsuri de tensiune pentru a controla interacțiunile dintre spinul fiecărui qubit. Această metodă a permis echipei nu numai să controleze qubiții individual, ci și să efectueze operațiuni pe mai mulți qubiți simultan, creând porți cuantice care fac schimb de informații între doi qubiți simultan.
Înainte de această descoperire, cercetătorii au reușit să controleze sisteme cuantice compuse din doar doi qubiți. Echipa TU Delft este prima care a demonstrat că este posibil să controlezi un sistem de patru qubiți cu suficientă precizie pentru a efectua operațiuni cuantice fiabile. Acest avans este semnificativ, deoarece cu cât numărul de qubiți crește, cu atât sistemul devine mai complex. Controlul mai multor qubiți este esențial pentru calculatoarele cuantice pentru a efectua calcule cu adevărat puternice. Fiecare qubit din acest sistem este alcătuit din două rotiri și manipularea lor este efectuată prin impulsuri precise de tensiune. Acest control asupra fiecărui qubit deschide calea către noi posibilități pentru scara computerelor cuantice, permițând calcule mai mari și mai rapide. Această nouă metodă este promițătoare deoarece permite nu numai controlul qubiților izolați, ci și realizarea de interacțiuni complexe între qubiți dintr-o rețea.
Abilitatea de a controla mai mulți qubiți simultan nu este doar o performanță tehnologică; are multe aplicații potențiale în diverse domenii. De exemplu, cercetătorii din chimie și biologie ar putea folosi computere cuantice pentru a simula molecule complexe, care ar putea revoluționa dezvoltarea de noi medicamente și materiale. În domeniul inteligenței artificiale, algoritmi cuantici mai puternici ar putea fi dezvoltați pentru a procesa datele mult mai rapid și mai eficient decât în prezent. În plus, acest progres ar putea face posibilă simularea unor fenomene fizice complexe precum magnetismul sau fizica materialelor la scară atomică. Modelând aceste fenomene cu mai multă precizie, cercetătorii ar putea înțelege mai bine fenomenele naturale fundamentale, sau chiar să dezvolte noi tehnologii în sectoare precum bateriile de nouă generație sau optimizarea rețelelor energetice.
Deși această descoperire este un pas important, mai sunt multe de făcut înainte ca calculul cuantic să devină o realitate complet funcțională și accesibilă. De exemplu, fidelitatea operațiunilor cu doi qubiți (cele care fac schimb de informații între doi qubiți diferiți) va trebui îmbunătățită și vor trebui dezvoltate tehnici de gestionare a erorilor cuantice. Unul dintre următorii pași cruciali ar fi să se demonstreze că aceste porți cuantice de doi qubiți pot fi realizate și cu o fidelitate de peste 99%, ceea ce ar asigura calcule mai fiabile și mai durabile.
