Dokazano je da je normalno krhko kvantno stanje održivo na sobnoj temperaturi rekordnih 39 minuta čime se premošćuje ključna prepreka u izgradnji super-brzog kvantnog računara.
Međunarodni tim znanstvenika, uključujući Stephanie Simmons sa Univerziteta Oxford, u časopisu Science izvještava o pokusu provedenom kao dijelu projekta kojeg je predvodio Mike Thewalt sa Univerziteta Simon Fraser, Kanada. U konvencionalnim računarima podaci se spremaju u formi nula i jedinica. U ovom pokusu, kvantni informacioni bitovi, ‘kubitovi’, stavljeni su u „superpozicijsko“ stanje gdje mogu biti u isto vrijeme i nula i jedan – omogućujući im tako simultano obavljanje višestrukih kalkulacija.
U eksperimentu je tim znanstvenika podigao temperaturu sistema, u kojem su informacije ukodirane u jezgru atoma fosfora unutar silicija, od -269 °C na 25 °C, čime je demonstrirano da superpozicijska stanja na toj temperaturi preživljavaju 39 minuta – prijašnji rekord tog stanja izvan silicija na sobnoj temperaturi, bio je oko dvije sekunde. Znanstveni tim je čak otkrio da je u stanju manipulirati kubitovima sa porastom temperature sistema, te su primijetili da su isti dovoljno robusni, da informacije mogu preživjeti ponovno „zamrzavanje“ (optička tehnologija kojom se kubitovi čitaju funkcionira samo na jako niskim temperaturama).
„Trideset devet minuta možda se ne čini kao jako dugačak period, ali budući da je potrebno svega jedan stohiljaditi dio sekunde ionu fosfora da promijeni svoj nukleusni spin, – vrsta operacije korištene u kvantnim kalkulacijama – u teoriji je moguće obaviti 20 miliona operacija u vremenu potrebnom da superpozicija opadne za 1%. Budući da su toliko robusni i imaju tako dug vijek trajanja, kubitovi bi mogli biti iznimno korisni svakome tko pokuša izraditi kvantni računar“, tvrdi Stephanie Simmons sa Odjela za Meterijale Univerziteta Oxford, ujedno i jedna od autorica ovog izvješća.
„Ovo otvara mogućnost uistinu dugovječnog i koherentnog spremanja informacija na sobnoj temperaturi“, izjavljuje Mike Thewalt koji je izveo pokus na Univerzitetu Simon Fraser zajedno sa svojim kolegama.
Tim znanstvenika započeo je testiranje s malom količinom silicija nadopunjenog malenim količinama drugih elemenata, uključujući i fosfor. Kvantne informacije su bile ukodirane u jezgru fosforovih atoma: svaka jezgra (nukleus) ima intrinzično kvantno svojstvo koje se zove „spin“ koje djeluje kao sićušan magnet kada biva stavljen u magnetsko polje. Spinovima je moguće manipulirati, stavljati ih u poziciju gore (0), dolje (1) ili bilo koji ugao između, koji predstavlja superpoziciju ta dva stanja.
Istraživački tim pripremio je svoj uzorak na temperaturi od 4 °C iznad apsolutne nule (-269 °C) te su potom isti stavili u magnetsko polje. Dodatni pulsevi magnetskog polja su korišteni kako bi se promijenio smjer nukleusnog spina i stvorilo superpozicijsko stanje. Kada je uzorak bio na ovoj kriogenskoj temperaturi nukleusni spinovi od oko 37 % iona – što je tipično mjerilo za mjerenje kvantne koherentnosti – ostali su u svojoj superpoziciji tri sata. Ista ta frakcija preživjela je 39 minuta kada je temperatura sistema podignuta na 25 °C.
„Ovi vijekovi trajanja barem su deset puta duži od onih izmjerenih u prijašnjim eksperimentima“, tvrdi Stephanie Simmons. „Uspjeli smo identificirati sistem koji praktički nema distorzije. Ovo su kubitovi za visoke performance.“
Pred istraživačkim timom je još posla prije nego što bude bio sposoban obavljati kvantne kalkulacije u većim razmjerima. Svi nukleusni spinovi fosfornih iona korišteni za ovaj eksperiment su bili stavljeni u isto kvantno stanje. Međutim, da bi fizičari mogli vršiti kalkulacije, bit će potrebno različite kubitove stavljati u različita stanja.
Izvor: University of Oxford
Prevod: A. Kadrija