Australski znanstvenici stvorili su prvi kvantni računalni sklop na svijetu koji sadrži sve bitne komponente koje se nalaze na klasičnom računalnom čipu, ali na kvantnoj razini.
Ovo značajno znanstveno postignuće, objavljeno u časopisu Nature, nastajalo je punih devet godina.
Ovo je najuzbudljivije otkriće u mojoj karijeri, rekla je za ScienceAlert viša autorica i kvantna fizičarka Michelle Simmons, osnivačica Silicon Quantum Computinga i direktorica Centra izvrsnosti za kvantno računanje i komunikacijsku tehnologiju pri UNSW.
Uspješno i testiran
Ne samo da su Simmons i njezin tim stvorili ono što je u biti funkcionalni kvantni procesor, već su ga također uspješno testirali modeliranjem male molekule u kojoj svaki atom ima više kvantnih stanja, nešto što bi tradicionalno računalo teško moglo postići.
To sugerira da smo sada korak bliže konačnoj upotrebi snage kvantne obrade podataka, kako bismo razumjeli više o svijetu oko nas, čak i na najmanjoj razini.
Pedesetih godina prošlog stoljeća Richard Feynman je rekao da nikada nećemo razumjeti kako svijet funkcionira, kako priroda funkcionira, osim ako ga zapravo ne možemo početi stvarati u istom redu veličine. Ako možemo početi razumijevati materijale na toj razini, možemo dizajnirati stvari koje nikada prije nisu bile napravljene. Pitanje je: kako zapravo kontrolirati prirodu na toj razini?, rekla je Simmons za ScienceAlert.
Najnovije postignuće australskih znanstvenika prati stvaranje prvog kvantnog tranzistora u povijesti 2012. godine.
Odgonetanje zagonetnih dijelova
Kako bi napravili ovaj skok u kvantnom računalstvu, istraživači su koristili skenirajući tunelski mikroskop u ultra visokom vakuumu kako bi postavili kvantne točke s preciznošću ispod jednog nanometra. Postavljanje svake kvantne točke mora biti točno kako bi strujni krug mogao oponašati kako elektroni skaču duž niza jednostrukih i dvostrukih veza ugljika u molekuli poliacetilena.
Najzahtjevnije dijelove trebalo je odgonetnuti: koliko točno atoma fosfora treba biti u svakoj kvantnoj točki, koliko točno svaka točka treba biti udaljena, a zatim i izraditi stroj koji bi mogao smjestiti sitne točkice u točno pravi raspored unutar silikonskog čipa.
Ako su kvantne točke prevelike, interakcija između dviju točaka postaje prevelika da bi ih neovisno kontrolirala, kažu australski znanstvenici u studiji. Ako su točkice premale, to uvodi slučajnost jer svaki dodatni atom fosfora može bitno promijeniti količinu energije koja je potrebna da se točki doda još jedan elektron.
Konačna verzija
Konačni kvantni čip sadržavao je 10 kvantnih točaka, od kojih se svaka sastoji od malog broja atoma fosfora. Dvostruke ugljikove veze simulirane su stavljanjem manje udaljenosti između kvantnih točaka od jednostrukih ugljikovih veza.
Poliacetilen je odabran jer je dobro poznat model i stoga se može koristiti za dokazivanje da je računalo ispravno simuliralo kretanje elektrona kroz molekulu.
Kvantna računala su potrebna jer klasična računala ne mogu modelirati velike molekule; jednostavno su previše složene.
Na primjer, za stvaranje simulacije molekule penicilina s 41 atomom, klasičnom računalu treba 10^86 tranzistora, što je "više tranzistora nego što ima atoma u vidljivom svemiru". Za kvantno računalo, bio bi potreban samo procesor s 286 kubita (kvantnih bitova).
Primjena i put prema materijalima
Budući da znanstvenici trenutno imaju ograničenu vidljivost o tome kako molekule funkcioniraju na atomskoj skali, postoji mnogo nagađanja u stvaranju novih materijala.
Jedan od svetih gralova oduvijek je bio izrada visokotemperaturnog supervodiča. Ljudi jednostavno ne znaju mehanizam kako to funkcionira, kaže Simmons.
Još jedna potencijalna primjena kvantnog računanja je proučavanje umjetne fotosinteze i načina na koji se svjetlost pretvara u kemijsku energiju kroz organski lanac reakcija.
Još jedan veliki problem koji bi kvantna računala mogla pomoći u rješavanju je stvaranje gnojiva. Trostruke dušikove veze trenutno su prekinute pod uvjetima visoke temperature i tlaka u prisutnosti željeznog katalizatora kako bi se stvorio fiksni dušik za gnojivo. Pronalaženje drugog katalizatora koji može učiniti gnojivo učinkovitijim može uštedjeti mnogo novca i energije.
Simmons kaže da je postignuće prelaska s kvantnog tranzistora na sklop u samo devet godina oponaša putokaz koji su postavili još izumitelji klasičnih računala.
Prvi klasični računalni tranzistor stvoren je 1947. Prvi integrirani krug izgrađen je 1958. Ta dva izuma bila su u razmaku od 11 godina; Simmonsov tim napravio je taj skok dvije godine prije roka.
Izvor: Science Alert
