Μια ερευνητική ομάδα του California Institute of Technology (Caltech) κατάφερε να παρατείνει τη διάρκεια ζωής της κβαντικής μνήμης έως και 30 φορές περισσότερο από τα υπάρχοντα συστήματα, χρησιμοποιώντας έναν πρωτότυπο συνδυασμό ηλεκτρικών σημάτων και ηχητικών κυμάτων. Το επίτευγμα αυτό φέρνει τις πρακτικές κβαντικές τεχνολογίες πιο κοντά από ποτέ.
Η ιδιαιτερότητα των qubits
Σε αντίθεση με τους κλασικούς υπολογιστές που βασίζονται σε bits με τιμές 0 ή 1, οι κβαντικοί υπολογιστές χρησιμοποιούν qubits. Τα qubits έχουν τη δυνατότητα να βρίσκονται ταυτόχρονα σε κατάσταση 0 και 1, αξιοποιώντας το φαινόμενο της υπέρθεσης. Αυτό το χαρακτηριστικό τους δίνει τεράστια υπολογιστική ισχύ, επιτρέποντας τη λύση προβλημάτων που θεωρούνται αδύνατα για τους συμβατικούς υπολογιστές.
Ωστόσο, τα qubits αντιμετωπίζουν ένα σοβαρό μειονέκτημα: αν και μπορούν να εκτελούν πολύ γρήγορα λογικές πράξεις, αδυνατούν να αποθηκεύουν πληροφορίες για μεγάλο χρονικό διάστημα. Γι’ αυτό οι επιστήμονες προσπαθούν εδώ και χρόνια να δημιουργήσουν αποτελεσματικές “κβαντικές μνήμες”, ώστε να διατηρούνται οι ευαίσθητες κβαντικές καταστάσεις.
Ο ρόλος του ήχου στην αποθήκευση
Η ομάδα του Caltech, με επικεφαλής τον Mohammad Mirhosseini, βρήκε μια ευρηματική λύση: μετέτρεψε τις κβαντικές πληροφορίες σε ηχητικά κύματα, ή αλλιώς σε φωνόνια, τα σωματίδια που αντιστοιχούν στις δονήσεις, όπως τα φωτόνια αντιστοιχούν στο φως.
Για να γίνει αυτό, οι ερευνητές κατασκεύασαν ένα μικροσκοπικό μηχανικό ταλαντωτή, ένα είδος “μινιατούρας διαπασών”, που λειτουργεί σε εξαιρετικά υψηλές συχνότητες gigahertz. Όταν πάνω στις εύκαμπτες πλάκες του τοποθετείται ηλεκτρικό φορτίο, μπορεί να αλληλεπιδρά με τα ηλεκτρικά σήματα που μεταφέρουν κβαντική πληροφορία. Έτσι, τα δεδομένα “εισέρχονται” στον ταλαντωτή ως μνήμη και μπορούν να ανακτηθούν αργότερα.
Τριάντα φορές περισσότερη διάρκεια
Οι μετρήσεις έδειξαν ότι οι ταλαντωτές αυτοί διατηρούν την κβαντική πληροφορία περίπου 30 φορές περισσότερο από τα καλύτερα υπεραγώγιμα qubits που υπάρχουν σήμερα. Αυτό το άλμα είναι κρίσιμο, αφού η παρατεταμένη διάρκεια μνήμης θεωρείται κλειδί για την πρακτική χρήση των κβαντικών υπολογιστών.
Η χρήση ηχητικών κυμάτων έχει επιπλέον πλεονεκτήματα: ταξιδεύουν πιο αργά από τα ηλεκτρομαγνητικά, επιτρέποντας πιο συμπαγείς συσκευές, ενώ δεν διαχέονται στο ελεύθερο διάστημα, μειώνοντας έτσι τις ενεργειακές απώλειες. Αυτό σημαίνει ότι μπορεί να κατασκευαστεί ένας μεγάλος αριθμός τέτοιων “διαπασών” πάνω σε ένα μόνο τσιπ, ανοίγοντας τον δρόμο για κλιμακούμενες λύσεις κβαντικής μνήμης.
Τα επόμενα βήματα
Ο Mirhosseini εξηγεί ότι η ομάδα του έχει ήδη αποδείξει την ελάχιστη αναγκαία αλληλεπίδραση ανάμεσα σε ηλεκτρομαγνητικά και ακουστικά κύματα ώστε να λειτουργήσει αυτό το υβριδικό σύστημα ως μνήμη. Για να αξιοποιηθεί όμως πλήρως σε υπολογιστικά περιβάλλοντα, χρειάζεται η ανταλλαγή δεδομένων να γίνεται ακόμη πιο γρήγορα. «Πρέπει να αυξήσουμε τον ρυθμό αλληλεπίδρασης κατά τρεις έως δέκα φορές σε σχέση με τα τρέχοντα επίπεδα», σημειώνει, εκφράζοντας παράλληλα αισιοδοξία ότι υπάρχουν ήδη ιδέες για να επιτευχθεί κάτι τέτοιο.
Η σημασία της ανακάλυψης
Η δημοσίευση της έρευνας στο περιοδικό Nature Physics υπογραμμίζει τη σπουδαιότητα του επιτεύγματος. Όπως τονίζουν οι ερευνητές, η νέα τεχνική δεν είναι απλώς μια βελτίωση αλλά ένας θεμελιώδης επαναπροσδιορισμός του τρόπου με τον οποίο μπορεί να αποθηκευτεί κβαντική πληροφορία. Ο συνδυασμός υπεραγώγιμων qubits με ηχητικές ταλαντώσεις προσφέρει ένα νέο, πιο ανθεκτικό και κλιμακούμενο μοντέλο για το μέλλον των κβαντικών τεχνολογιών.
[via]
