Paskatinta naujausių pasiekimų kvantinių technologijų srityje, elektronikos gigantė IBM inicijavo penkerius metus truksiančią programą, kurios metu bus siekiama sukurti pagrindinius kvantinių kompiuterių technologijos principus.
1981 metais fizikas Ričardas Feinmanas (Richard Feynman) spekuliavo apie galimybę turėti „mažyčius kompiuterius, paklūstančius kvantinės mechanikos dėsniams". Jis darė prielaidą, jog toks kvantinis kompiuteris gali būti geriausias įrankis realaus pasaulio kvantinėms sistemoms modeliuoti ir imituoti. Šis iššūkis šiandien sunkiai įveikiamas net pajėgiausiems pasaulio kompiuteriams.
Nuo to laiko pastangos sukurti tokio tipo skaičiavimo mašiną buvo labai fragmentiškos ir atsitiktinės. Iki šiol atliktais eksperimentais daugiausia tik būdavo siekiama pademonstruoti, jog pats principas yra tam tinkamas. Jie leidžia susidaryti bendrą įspūdį apie ateities superkompiuterių galios galimybes, tačiau realūs rezultatai praktiniu požiūriu sunkiai pritaikomi (bent kol kas). Tačiau pastaruoju metu padaryti atradimai atnaujino fizikų ir informatikos atstovų entuziazmą rasti būdų, kaip sukonstruoti žymiai galingesnius kvantinius kompiuterius.
Vienas stambiausių elektronikos ir kompiuterinių technologijų rinkos „žaidėjų" kompanija IBM, reaguodama į naujausius Jeilio (Yale) ir Kalifornijos Santa Barbara universitetų pasiekimus, iš naujo peržvelgė savo planus kvantinės kompiuterijos technologijų srityje. Kalbant tiksliau, šių universitetų mokslininkai sugebėjo įrodyti, jog kvantinius kompiuterius įmanoma realizuoti naudojant standartines elektronikos gamybos technologijas. Abi tyrinėtojų grupės atlikdamos eksperimentus naudojo ant puslaidininkinio paviršiaus patalpintą superlaidžios medžiagos (renio arba niobio) sluoksnį. Tokia struktūra, atšaldyta iki artimos absoliučiajam nuliui temperatūros, pasižymi kvantinėmis savybėmis.
Kubitinis lustas. Keturi kubitai simetriškai susieti naudojant talpuminio pobūdžio "salelę" (kryžius centrinėje lusto dalyje). Erik Lucero nuotr.
IBM Thomas J. Watson vardo savo mokslinių tyrimų padalinyje jau subūrė didelę tyrinėtojų komandą, į kurios sudėtį įeina ir Jeilio, ir Santa Barbaros universitetų laboratorijose dirbę mokslininkai, ir pradėjo vykdyti penkerius metus truksiantį kvantinės kompiuterijos principams tobulinti skirtą projektą. „IBM yra stipriai susidomėjusi šių dviejų mokslininkų grupių įvaldytais fizikos principais", – sako IBM fizikas ir mokslinių tyrimų vadovas Deividas DiVincenzo (David DiVincenzo). Jeilio ir Santa Barbaros universitetų kvantinių tyrimų grupės taip pat teigia tęsiantys savo darbus ir tikisi, jog jų pasiekimai sėkmingai progresuos ir toliau.
Pačiame elementariausiame lygyje kvantiniai kompiuteriai sudaryti iš kvantinių bitų, arba kubitų (angl. qubit). Tuo tarpu „tradiciniai" bitai naudojami kaip bazinis operacijų atlikimo vienetas dabartiniuose kompiuteriuose. Juose bitai suformuojami naudojant tranzistorius – jei tranzistorius įjungtas, jis žymi loginio vieneto būseną; jei išjungtas – loginio nulio būseną. Tuo tarpu kubitas gali turėti platesnį būsenų skaičių; pavyzdžiui, jis gali žymėti ir 0, ir 1 tuo pat metu. Šią savybę fizikai vadina superpozicija.
Kvantinių kompiuterių potencialas slypi galimybėje atlikti matematines operacijas naudojant iškart abi kubito būsenas. Dviejų kubitų sistemoje iš karto būtų galima atlikti skaičiavimą su keturiomis loginių kintamųjų reikšmėmis, trijų kubitų – su aštuoniomis, keturių kubitų – 16, ir taip toliau. Didėjant kubitų skaičiui, potencialus skaičiavimų pajėgumas didėja eksponentiniu dėsniu, o ne tiesiškai, kaip tipinių skaitmeninių kompiuterių atveju.
Žinoma, problemų šioje srityje gausu. Pats paprasčiausias kubito būsenos matavimas gali pakeisti jo būseną. Todėl mokslininkai naudoja kvantinį susiejimą – kai dalelės yra susietos viena su kita taip, kad, matuojant vienos dalelės savybes, atskleidžiama informacija ir apie tą dalelę, su kuria ši yra susieta, nesvarbu kaip toli šios dalelės yra viena nuo kitos. Tačiau sukurti ir palaikyti kubitus susietoje būsenoje yra itin sudėtinga. „Mes šiuo metu bandome sukurti tokius kubitus, kurie įgautų integrinio elektroninio grandyno pavidalą, kad tokiu būdu būtų galima jų pagaminti daug ir iš karto", – sako Jeilio tyrimų grupės vadovas Robas Šoelkopfas (Rob Schoelkopf). „Per ateinančius kelerius metus neabejotinai bus sukurtos didesnio kubitų skaičiaus sistemos, tačiau pats jų skaičius vis vien bus labai ribotas". Specialisto nuomone, gera naujiena yra tai, kad nors ir vienu metu valdomų kubitų skaičius didėja labai lėtai, valdymo tikslumas, kuriuo mokslininkai gali kontroliuoti kvantines sąveikas, per tą patį laiką padidėjo tūkstanteriopai.
Santa Barbara tyrinėtojai teigia, jog per ateinančius metus jie tikisi padvigubinti savo kuriamo kvantinio kompiuterio skaičiavimų galią. „Dabartiniu metu mes kuriame įtaisą, susidedantį iš keturių kubitų ir penkių rezonatorių. Jei viskas eisis kaip planuota, mes tikimės per vienerius metus padidinti šį skaičių iki aštuonių kubitų ir devynių rezonatorių", – sako komandos narys fizikas Džonas Martinis (John Martinis). Minėtieji rezonatoriai yra standartiniai mikroelektronikos komponentai, kuriais suformuojamas kvantinis susietumas tarp kubitų.
Šiuo metu pasaulyje tobulinami trys konkuruojantys technologiniai metodai. Vienas jų remiasi kubitų formavimu naudojant jonus (krūvį turinčius atomus), patalpintus į elektromagnetinius laukus. Jonams susieti naudojami lazerio spinduliai. Iki dabar tyrinėtojams, naudojantiems šį būdą, yra pavykę sukurti aštuonių kubitų sistemas. Jie taip pat tikisi, kad, remdamiesi tais pačiais principais, jie sukurs gerokai didesnes kvantines sistemas. Šiuo metodu remiasi daugiau kaip 20 universitetinių ir privataus verslo laboratorijų.
Birželį „Toshiba Research Europe" ir Kembridžo universiteto mokslininkai žurnale „Nature" paskelbė, jog jiems pavyko pagaminti šviesos diodus su specialiai suformuotu kvantiniu tašku (angl. quantum dot), ir kuriuos galima naudoti kaip šviesos šaltinį kvantiškai susietiems fotonams generuoti. Tyrinėtojai šiuo metu kuria sudėtingesnes sistemas ir teigia, jog šio metodo pagrindu galima sukurti praktiškai naudingus kvantinius kompiuterius.
Trečiąją technologiją sukūrė Kanados kompanija „D-Wave Systems", kurios pagrindinė veiklos sritis yra kompiuterių gamyba. Joje buvo sukurta sistema iš daugiau kaip 50 kvantinių bitų, tačiau šią naujieną dauguma mokslininkų sutiko skeptiškai. Daugelis įsitikinę, jog tarp šių kubitų tikrojo kvantinio susietumo nepavyko pasiekti. Nežiūrint į tai, „Google" dirbtinio intelekto mokslininkas Hartmutas Nevenas (Hartmut Neven) teigia, jog interneto gigantas gavo jungtinį pasiūlymą iš „D-Wave" ir NASA „Jet Propulsion Laboratory" padalinio sukurti „Google" reikmėms skirtą kvantinių skaičiavimų centrą, kurio pagrindu taptų „D-Wave" sukurta technologija. Kokia bus tolesnė įvykių seka turėtume pamatyti visai greitai.
