Prvo kvantno računalo s kontinuiranim radom

Tim fizičara s Harvarda izgradio je prvi kvantni računalni stroj koji može kontinuirano raditi bez ponovnog pokretanja, postižući veliki proboj u području koje bi moglo revolucionirati sve, od medicinskih istraživanja do financija.

Godinama je većina kvantnih računala mogla raditi samo milisekunde, a čak bi i napredni strojevi koji bi mogli raditi dulje radili samo oko 13 sekundi. No, tim s Harvarda uspio je prošli mjesec pokrenuti svoj sustav više od dva sata, a nekoliko istraživača reklo je da stroj, teoretski, može raditi neograničeno.

„Još uvijek postoji put kojim treba napredovati i skalirati od mjesta gdje smo sada, ali plan je sada jasan na temelju revolucionarnih eksperimenata koje smo proveli ovdje na Harvardu“, rekao je Tout T. Wang, znanstveni suradnik koji radi u laboratoriju koji je dizajnirao stroj.

Konvencionalna računala koriste binarni kod koji može predstavljati nulu ili jedinicu, ali kvantna računala koriste subatomske čestice koje mogu predstavljati više stanja odjednom. To omogućuje kvantnim računalima rješavanje problema u minutama, za što bi inače normalnim računalima trebale tisuće godina.

Jedan od najvećih problema u kvantnom računarstvu danas je održavanje tih strojeva u kontinuiranom radu. Temeljna jedinica informacije u kvantnom računarstvu je kubit, koji se sastoji od subatomskih čestica. Ali kada kvantna računala rade, kubiti mogu pobjeći iz sustava kroz proces koji se naziva "gubitak atoma", što uzrokuje gubitak informacija u strojevima i na kraju kvar.

Gubitak atoma „glavno je usko grlo za ovaj sustav“, rekao je Mohamed Abobeih, postdoktorand s Harvarda koji je radio u timu. „Bez rješavanja ovoga, nemamo kamo.“

Sveučilišni profesor Mihail Lukin, pionir kvantnog računarstva koji vodi glavni laboratorij za kvantna istraživanja na Harvardu, Harvard Quantum Initiative, pokrenuo je projekt prije pet godina kako bi se pozabavio ovim problemom. U rujnu ove godine tim je objavio svoja otkrića u znanstvenom časopisu Nature, predstavljajući eksperimentalni dizajn kvantnog stroja koji može raditi bez prestanka.

Tim je razvio novu metodu za korištenje dvaju alata koji mogu pomicati atome i subatomske čestice, "optičku rešetkastu transportnu traku" i "optičku pincetu", za nadopunjavanje kubita dok napuštaju stroj. Novi sustav ima 3000 kubita i može ubrizgati 300.000 atoma u sekundi u kvantno računalo, prevladavajući brzinu gubitka kubita.

„Sada u osnovi ništa ne ograničava koliko dugo naši uobičajeni atomi i kvantna računala mogu raditi“, rekao je Wang. „Čak i ako se atomi izgube s malom vjerojatnošću, možemo unijeti svježe atome kako bismo ih zamijenili, a da pritom ne utječemo na kvantne informacije pohranjene u sustavu.“

Inovacije harvardskog tima dolaze u trenutku kada se znanstvenici diljem svijeta utrkuju u izgradnji sve brže i snažnije tehnologije kvantnog računanja. Deseci milijardi dolara uloženi su u istraživanja u nadi da bi napredna kvantna računala mogla temeljno promijeniti područja raznolika poput medicinskih istraživanja, financija i kriptografije.

„To je jednostavno područje s puno potencijala za inovacije“, rekao je Luke M. Stewart, doktorand fizike u timu. „Premošćujemo taj jaz između onoga što hardver može i onoga što algoritmi obećavaju. To je područje koje je zrelo za otkrića.“