Imaginați-vă un computer care ar putea rezolva probleme în câteva secunde pe care mașinile actuale le-ar lua ani de zile să le proceseze. Aceasta este promisiunea calculului cuantic. Dar pentru a realiza acest lucru trebuie depășită o provocare majoră: menținerea qubiților, elementele fundamentale ale acestor calculatoare, la temperaturi extreme apropiate de zero absolut. Recent, o echipă de cercetători a atins o etapă majoră prin răcirea qubiților la cea mai scăzută temperatură înregistrată vreodată, deschizând calea pentru calculatoare cuantice mai rapide și mai fiabile.
Qubiții (sau biții cuantici) sunt echivalentul cuantic al biților clasici găsiți în computerele noastre. Spre deosebire de biții tradiționali care pot fi fie 0, fie 1, qubiții pot fi într-o suprapunere a ambelor stări în același timp. Această proprietate unică permite computerelor cuantice să proceseze informații cu o viteză fără precedent. Această putere are un preț. Qubiții sunt extrem de sensibili la perturbațiile externe, cum ar fi fluctuațiile de temperatură sau câmpurile electromagnetice. Cea mai mică perturbare le poate determina să-și piardă starea cuantică, fenomen numit decoerență. Pentru a minimiza acest risc, qubiții trebuie să fie răciți la temperaturi extrem de scăzute, aproape de zero absolut (-273,15 ° C), unde vibrațiile atomice sunt aproape inexistente.
În prezent, qubiții sunt răciți în principal folosind frigidere cu diluție, care folosesc heliu gazos pentru a scădea temperatura la aproximativ 50 milikelvin (mK) sau –273,1 °C. Deși foarte eficiente, aceste sisteme sunt foarte grele, costisitoare și greu de scalat la calculatoare cuantice mai puternice. În plus, nu ating întotdeauna temperaturile necesare pentru a garanta stabilitatea optimă a qubitilor.
Într-un studiu publicat în Nature Physics, cercetătorii de la Universitatea de Tehnologie Chalmers din Suedia au demonstrat un frigider cuantic autonom, capabil să răcească un qubit la doar 22 de milikelvin (-273,13 °C). Aceasta este cea mai scăzută temperatură atinsă vreodată pentru qubiți, rupând astfel o nouă frontieră în domeniu. Spre deosebire de frigiderele tradiționale cu diluție, acest nou sistem nu folosește gaze rare sau mecanisme complexe. Folosește băi termale de radiații cu microunde pentru a canaliza energia și a răci qubiții. Și mai impresionant: este autonom. Odată pornit, nu necesită control extern. „Acest lucru deschide calea pentru calcule cuantice mai fiabile și fără erori, care nu necesită hardware suplimentar complex”, spune Aamir Ali, expert în tehnologie cuantică și autor principal al studiului.
Răcirea mai eficientă a qubiților crește stabilitatea acestora și reduce erorile de calcul. Cercetătorii au descoperit că probabilitatea ca un qubit să rămână în starea sa fundamentală (starea sa cea mai scăzută de energie) înainte de un calcul a crescut de la 99,8% la 99,97%. La prima vedere, această diferență poate părea minimă. Cu toate acestea, în contextul calculului cuantic, unde milioane de calcule sunt efectuate în paralel, această îmbunătățire se traduce printr-o fiabilitate sporită și o performanță generală mult mai mare. „Poate părea o mică diferență, dar atunci când faci mai multe calcule, se traduce printr-o îmbunătățire majoră a performanței computerelor cuantice”, adaugă Ali. Această descoperire ar putea avea implicații majore pentru viitorul calculului cuantic. Qubiții mai rece și mai stabili înseamnă computere capabile să rezolve probleme de o complexitate fără precedent într-o varietate de domenii.
În criptografie, de exemplu, algoritmi cuantici mai eficienți ar putea întări securitatea datelor, făcând sistemele de comunicații practic de neîntrerupt. În medicină, calculatoarele cuantice ar putea accelera modelarea interacțiunilor moleculare, facilitând astfel dezvoltarea de noi medicamente. În sfârșit, în ceea ce privește optimizarea, aceste utilaje ar putea rezolva probleme complexe legate de logistică, finanțe sau chiar managementul rețelelor de transport prin găsirea de soluții optime în timp record.
În plus, simplitatea și autonomia acestui nou frigider cuantic ar putea facilita considerabil scalarea calculatoarelor cuantice. Acest aspect este crucial, deoarece capacitatea de a crește numărul de qubiți fără a complica infrastructura hardware este unul dintre principalele obstacole în calea adoptării comerciale a calculului cuantic.
Loading ...
