Πιο κοντά στους κβαντικούς υπολογιστές; Qubit από τρανζίστορ πυριτίου

Αυστραλοί ερευνητές από το University of New South Wales (UNSW) κατάφεραν πρόσφατα να κατασκευάσουν για πρώτη φορά ένα από τα βασικά δομικά στοιχεία ενός κβαντικού υπολογιστή χρησιμοποιώντας πυρίτιο.

Συγκεκριμένα, πέτυχαν να δημιουργήσουν μια κβαντική λογική πύλη CNOT, που είναι αναπόσπαστο μέρος οποιουδήποτε κβαντικού κυκλώματος. Το επίτευγμά τους ανοίγει το δρόμο για τη χρήση παγιωμένων βιομηχανικών τεχνικών λιθογραφίας πυριτίου για την κατασκευή κυκλωμάτων που μέχρι σήμερα απαιτούσαν εξωτικά υλικά και απαγορευτικά χαμηλές θερμοκρασίες για να λειτουργήσουν.

Η νέα δημοσίευσή τους στο έγκριτο επιστημονικό περιοδικό Nature ισχυρίζονται ότι περιγράφει μια μέθοδο με την οποία μια παραδοσιακή μονάδα λιθογραφίας πυριτίου θα μπορεί σε μερικά χρόνια να κατασκευάσει ένα κύκλωμα χιλιάδων ή εκατομμυρίων qubit –το κβαντικό ανάλογο του κλασσικού bit.

Η πειραματική λογική πύλη που κατασκεύασαν χρησιμοποιεί δύο παραδοσιακά τρανζίστορ, τα οποία έχουν μετατρέψει ώστε να κατακρατούν ένα μοναδικό ηλεκτρόνιο το καθένα. Η ιδιοστροφορμή του κάθε ηλεκτρονίου (σπιν) ερμηνεύεται ως 0 ή 1, ενώ οι ερευνητές χρησιμοποιούν ένα εξωτερικό πεδίο μικροκυματικής ακτινοβολίας για να ελέγχουν την αλληλεπίδραση μεταξύ των δύο σωματιδίων. Με αυτόν τον τρόπο, πετυχαίνουν να αλλάζουν την κατάσταση του ενός ηλεκτρονίου σύμφωνα με την τιμή σπιν του διπλανού του.

Όπως περιγράφει ο επικεφαλής της ομάδας: «Στη δική μας περίπτωση, το εξαρτημένο qubit αλλάζει σπιν εάν το qubit ελέγχου σημαδεύει κάτω. Αν σημαδεύει επάνω, το εξαρτημένο qubit μένει ως έχει».

Παρότι και αυτή η υλοποίηση απαιτεί θερμοκρασία -272° C, τουλάχιστον προσπερνά το εμπόδιο της χρήσης πιο εξωτικών υλικών και φέρνει και πάλι στο προσκήνιο τεχνικές που χρησιμοποιούνται από τη βιομηχανία ημιαγωγών για δεκαετίες.

Οπότε, αν τελικά μέσα στα επόμενα χρόνια επιβεβαιωθεί η πρόβλεψή τους για την επεκτασιμότητα αυτής της τεχνικής, μπορεί πριν το 2030 να είναι εφικτή η κατασκευή κβαντικών υπολογιστών με αρκετή επεξεργαστική ισχύ για να χειριστούν περισσότερα bits πληροφορίας από όσα άτομα υπάρχουν στο σύμπαν.