Oamenii de ştiinţă au împachetat 18 qubiţi – unități elementare de calcul cuantic – în doar şase fotoni conectați ciudat.
O realizare fără precedent de trei qubiţi per foton şi un record în ceea ce privește numărul de qubiţi legaţi unul de celălalt prin inseparabilitatea cuantică.
Deci, de ce aceasta este atât de uimitor?
Toate operațiunile care au loc într-un computer obișnuit, inclusiv orice dispozitiv pe care-l utilizați pentru a citi acest articol, se bazează pe calculele ce folosesc biții, care interschimbă cele două stări posibile (de obicei numite, „0” şi „1”).
Calculatoarele cuantice în calcule folosesc qubiţii (en), care, în mod similar, oscilează între două stări, dar se comportă în conformitate cu regulile ciudate ale fizicii cuantice.
Spre deosebire de biţii obișnuiți, qubiţii pot avea stări nedeterminate – nici 1, nici 0, dar cu o posibilitate de a le avea pe ambele — şi devin ciudat conectați sau inseparabili, astfel încât comportamentul unui bit influențează direct asupra celuilalt.
Acest lucru, cel puţin în teorie, permite tot felul de calcule pe care computerele obișnuite abia de le pot realiza.
Vedeţi şi: A fost realizat primul proiect al unui computer cuantic masiv
(La momentul actual, computerele cuantice se află în stadii experimentale foarte timpurii, în care cercetătorii încă mai testează posibilitățile pe care ele le-ar putea oferi, precum în acest studiu).
Aceasta este o realizare, potrivit lui Sydney Schreppler (en), un fizician cuantic la Universitatea din California, Berkeley, care nu a fost implicat în studiu, doar pentru că echipa de la Universitatea de Știință şi Tehnologie din China (USTC) a reușit să adune aşa de mulți qubiţi în aşa de puține particule.
„Dacă scopul este de a face 18 [qubiţi], modalitatea în care grupurile… ar fi realizat în trecut acest lucru, era de a face 18 particule inseparabile cu câte unul [qubit] în fiecare”, a spus ea (en).
„Acesta va fi un proces lent”.
Este nevoie de „multe secunde” pentru a face inseparabile doar cele şase particule utilizate în experiment, a spus ea (en) — deja o eternitate în timpi de calculator, unde trebuie să înceapă un nou proces de inseparabilitate la fiecare calcul.
Şi fiecărei particule suplimentare noi adăugate la inseparabilitate îi ia tot mai mult timp pentru a se alătura grupului, până în momentul în care ar fi fost absolut nerezonabil să construim o inseparabilitate de 18 qubiţi, la câte un qubit de fiecare dată.
(Există o mulțime de experimente cuantice care implică mai mult de 18 qubiţi, dar în aceste experimente, nu toţi qubiţii sunt inseparabili.
În schimb, sistemele cuplează doar câțiva qubiţi vecini pentru fiecare calcul).
Pentru a împacheta fiecare din aceste şase particule inseparabile (în acest caz fotoni) cu trei qubiţi, cercetătorii au profitat de „diferitele grade de libertate” ale fotonilor, după cum au relatat ei în lucrarea ce a fost publicată pe 28 iunie (en)e în revista Physical Review Letters, ce este de asemenea disponibilă pe serverul arXiv.
Atunci când un qubit este codificat într-o particulă, el este codificat în una din stările pe care particula o poate schimba de la una la alta — aşa precum polarizarea sa, sau spinul său cuantic (en).
Fiecare din ele prezintă un „grad de libertate”.
Un experiment tipic cuantic implică doar un grad de libertate în toate particulele implicate.
Dar, particulele precum fotonii au mai multe grade de libertate. Şi prin codarea cu folosirea a mai multor de ele în același timp — ceea ce cercetătorii au încercat şi anterior, dar nu în aşa extreme — un sistem cuantic poate îngloba mai multe informații în mai puține particule, a spus Schreppler (en).
„Aceasta e ca şi cum ai obține şase biţi pe calculatorul vostru, dar fiecare bit se va tripla în materie de câte informații ar putea conţine”, a spus Scheppler, „şi ei pot face acest lucru destul de repede şi eficient”.
Faptul că cercetătorii USTC au reușit acest experiment, nu presupune că experimentele cuantice de calcul din alte parte vor începe să implice mai multe grade de libertate la un moment dat, spune ea (en).
Fotonii sunt deosebit de utili pentru anumite tipuri de operațiuni cuantice, în care informațiile sunt transmise între mai multe calculatoare cuantice.
Dar alte forme de qubiţi, cum ar fi cele din circuitele supraconductoare la care lucrează Schreppler, s-ar putea să nu poată efectua astfel de operațiuni la fel de uşor.
O întrebare rămasă deschisă în lucrare, ţine de faptul dacă toți qubiţii inseparabili interacționează în mod egal, sau dacă există diferențe dintre interacțiunile qubiţilor din aceeaşi particulă sau printre cei cu diferite grade de libertate.
Pe viitor, au scris cercetătorii în lucrare, acest tip de configurări experimentale ar putea permite anumite calcule cuantice care, până acum, au fost discutate doar teoretic şi nu au fost niciodată puse în acţiune.
Lasă un răspuns