Timp de zeci de ani, căutarea calculului cuantic s-a luptat cu nevoia de temperaturi extrem de scăzute, simple fracțiuni de grad peste zero absolut (0 Kelvin sau –273,15°C). Acest lucru se datorează faptului că fenomenele cuantice care conferă computerelor cuantice abilitățile lor unice de calcul nu pot fi valorificate decât prin izolarea lor de căldura lumii clasice familiare pe care o locuim.
Un singur bit cuantic sau „qubit”, echivalentul bitului binar „zero sau unu” din centrul calculului clasic, necesită un aparat de refrigerare mare pentru a funcționa. Cu toate acestea, în multe domenii în care ne așteptăm ca computerele cuantice să ofere progrese – cum ar fi proiectarea de noi materiale sau medicamente – vom avea nevoie de un număr mare de qubiți sau chiar computere cuantice întregi care lucrează în paralel.
Calculatoarele cuantice care pot gestiona erorile și se auto-corectează, esențiale pentru calcule fiabile, se anticipează a fi uriașe la scară. Companii precum Google, IBM și PsiQuantum se pregătesc pentru un viitor de depozite întregi pline cu sisteme de răcire și care consumă cantități mari de energie pentru a rula un singur computer cuantic.
Dar dacă computerele cuantice ar putea funcționa chiar și la temperaturi puțin mai ridicate, ar putea fi mult mai ușor de operat – și mult mai disponibile pe scară largă. În noi cercetări publicat în Natureechipa noastră a arătat că un anumit tip de qubit – spinii electronilor individuali – poate funcționa la temperaturi de aproximativ 1 K, mult mai cald decât exemplele anterioare.
Faptele reci, dure
Sistemele de răcire devin mai puțin eficiente la temperaturi mai scăzute. Pentru a înrăutăți situația, sistemele pe care le folosim astăzi pentru a controla qubiții se întrepătrund de fire care amintesc de ENIAC și alte computere uriașe din anii 1940. Aceste sisteme măresc încălzirea și creează blocaje fizice pentru a face qubiții să funcționeze împreună.
Cu cât încercăm să înghesuim mai mulți qubiți, cu atât problema devine mai dificilă. La un moment dat, problema cablajului devine de netrecut.
După aceea, sistemele de control trebuie să fie încorporate în aceleași cipuri ca și qubiții. Cu toate acestea, aceste electronice integrate folosesc și mai multă putere – și disipă mai multă căldură – decât marea mizerie de fire.
O întorsătură caldă
Noua noastră cercetare poate oferi o cale de urmat. Am demonstrat că un anumit tip de qubit – unul realizat cu un punct cuantic imprimat cu electrozi metalici pe siliciu, folosind o tehnologie similară cu cea utilizată în producția de microcipuri existente – poate funcționa la temperaturi de aproximativ 1K.
Acesta este doar un grad peste zero absolut, așa că este încă extrem de frig. Cu toate acestea, este semnificativ mai cald decât se credea posibil. Această descoperire ar putea condensa infrastructura extinsă de refrigerare într-un sistem unic, mai gestionabil. Ar reduce drastic costurile operaționale și consumul de energie.
Necesitatea unor astfel de progrese tehnologice nu este doar academică. Mizele sunt mari în domenii precum proiectarea medicamentelor, unde calculul cuantic promite să revoluționeze modul în care înțelegem și interacționăm cu structurile moleculare.
Cheltuielile de cercetare și dezvoltare din aceste industrii, care se ridică la miliarde de dolari, subliniază potențialele economii de costuri și câștiguri de eficiență din tehnologiile de calcul cuantic mai accesibile.
O arsură lentă
Qubiții „mai fierbinți” oferă noi posibilități, dar vor introduce și noi provocări în corectarea și controlul erorilor. Temperaturile mai ridicate pot însemna o creștere a ratei erorilor de măsurare, ceea ce va crea dificultăți suplimentare în menținerea funcțională a computerului.
Sunt încă primele zile în dezvoltarea computerelor cuantice. Calculatoarele cuantice ar putea fi într-o zi la fel de omniprezente ca cipurile de siliciu de astăzi, dar calea către acel viitor va fi plină de obstacole tehnice.
Progresul nostru recent în operarea qubiților la temperaturi mai ridicate este un pas cheie către simplificarea cerințelor sistemului.
Oferă speranță că calculul cuantic se poate elibera de limitele laboratoarelor specializate în comunitatea științifică mai largă, industrie și centre de date comerciale.
Acest articol editat este republicat din Conversatia sub o licență Creative Commons. Citeste Articol original.