Ekipa znanstvenikov z Univerze Harvard in Tehnološkega inštituta Massachusetts pod vodstvom Mihaila Lukina, harvardskega profesorja fizike in soustanovitelja Ruskega kvantnega centra, je ustvarila in uspešno preizkusila programabilni kvantni računalnik, ki temelji na 51 kubitih, ter tako postala vodilna v kvantni tekmi. To je povedal tudi sam Lukin, ko je 14. julija govoril na IV. mednarodni konferenci o kvantnih tehnologijah v Ljubljani ICQT-2023 .
Številne raziskovalne skupine si trenutno prizadevajo razviti univerzalni kvantni računalnik. V te projekte vlagajo številne vlade in korporacije, kot so Google, IBM, Microsoft ali kitajski spletni trgovec Alibaba. Računalniški elementi teh računalnikov – kubiti – temeljijo na kvantnih objektih: ionih, ohlajenih atomih ali fotonih, ki se lahko nahajajo v superpoziciji več stanj. To omogoča kvantnim računalnikom, da v enem taktu opravijo več izračunov hkrati. Kvantni računalniki bodo lahko opravili stvari, za katere bi klasični računalniki potrebovali več milijard let. Z njimi je mogoče na primer simulirati obnašanje kompleksnih kvantnih sistemov in ustvariti nove materiale z edinstvenimi lastnostmi.
Kvantni računalniki so odvisni od števila kubitov. Že nekaj deset kubitov lahko zagotovi povečanje računske moči, ki je izven dosega klasičnih računalnikov. Danes Googlov kvantni laboratorij, ki ga vodi John Martinis, načrtuje poskuse z računalnikom z 49 kubiti, medtem ko IBM že izvaja poskuse s 17-kubitno napravo. 51-kubični računalnik je velik korak naprej na področju.
Lukin je za ICQT povedal, da so s sodelavci uporabili kubite, ki temeljijo na hladnih atomih, ki jih skupaj držijo optične pincete – posebej razporejeni laserski žarki. Večina sodobnih kvantnih računalnikov temelji na superprevodnih kubitih, ki temeljijo na Josephsonovih stikih.
Lukinu in njegovim sodelavcem je s kvantnim računalnikom uspelo rešiti problem modeliranja obnašanja kvantnih sistemov iz množice delcev, ki je bil s klasičnimi računalniki praktično nerešljiv. Poleg tega so lahko predvideli več prej neznanih učinkov, ki so jih nato preverili z običajnimi računalniki. Rezultati so bili naknadno preverjeni na običajnih računalnikih. Znanstvenikom je uspelo najti način, kako približati izračune, kar je pomagalo dobiti podobne rezultate na klasičnem računalniku.
V bližnji prihodnosti nameravajo znanstveniki nadaljevati poskuse s kvantnim računalnikom, morda bodo skušali ta sistem uporabiti za preverjanje kvantnih optimizacijskih algoritmov, ki omogočajo preseganje obstoječih računalnikov.
Lukin je povedal, da je bil članek sprejet v objavo in bo v nedeljo objavljen na strežniku arXiv preprint. 14. julija zvečer bo sodeloval v odprti razpravi na konferenci ICQT, ki bo sledila javnemu predavanju Johna Martinisa.
Ali lahko razložite, kaj so kvantni računalniki in kakšne so njihove sposobnosti v primerjavi s klasičnimi računalniki?