Na fotografijama: rijedak pogled u srce kvantnog računala

Desetljećima je obećanje kvantnog računalstva zagolicalo neurone proizvođača lijekova, špijuna i izvršnih direktora tehnoloških tvrtki. Takav bi stroj, ako se usavrši, ubrzao otkrivanje lijekova, dekodirao šifre i pomogao umjetnoj inteligenciji da analizira naše digitalne podaci. Ovaj novi mozak ovisi o savitljivom konceptu superpozicije, ideji da objekt može biti u dva stanja odjednom - novčić se okreće tako brzo da ima i glavu i rep.

Konvencionalni računalni čipovi, bilo u vašem telefonu ili superračunalu, sadrže tranzistore koji obrađuju informacije kao binarni kod: sve je ili 0 ili 1. Kvantna računala koriste qubite ("cue-bits"), koji mogu biti i 0 i 1. Strojevi u kojima žive mogu brže rješavati probleme.

Ali postoji i problem: Qubiti su krhki. Svako uplitanje može pomutiti proračune. Primijenjeni fizičari Sveučilišta Yale Robert Schoelkopf i Michel Devoret prvi su otkrili način njihove stabilizacije. Izgradnjom kubita od supravodiča—materijala bez otpora na električnu struju na ekstremno niskim temperaturama—stvaraju prostor u kojem kvantni algoritmi mogu nesmetano teći. Kao što pogled u njihov laboratorij otkriva, potrebna je ogromna operacija—i vrlo hladan hladnjak—kako bi se pomoglo ovim sićušnim vaflima da razmišljaju na veliko.

↑ Qubiti se oslanjaju na mnoge komponente. Zid mikrovalnih generatora stvara elektromagnetske impulse koji putuju kroz koaksijalni labirint kabele i pošaljite kubite - duboko u plavi hladnjak visok 5 stopa na slici na vrhu ovog članka - u akcijski. Da bi se stvorila klima hladnija od svemirske, vanjske pumpe tjeraju rashladno sredstvo helij-3 u bakrene cijevi. Dok helij cirkulira, sabija se, ukapljuje i hladi. Potreban je jedan dan da se dosegne najniža temperatura: 0,01 stupanj Kelvina ili minus 459 stupnjeva F.

↑ Studentima diplomskih studija, koji rade u parovima, potrebno je čak dva tjedna da ove žice provuku kroz golemi cilindar kako bi završile ovdje na dnu hladnjaka.

↑ Pogledajte qubit, hladno i elegantno srce kvantnog računalstva. Ova pločica duga 1 inča izrađena je od sintetičkog safira prekrivenog slojem tiskanog aluminija debljine 100 nanometara. Na nevjerojatno niskim temperaturama mikrovalni fotoni šalju spojnu točku Y u superpoložaj. Valovite trake ispod prenose rezultate qubita.

↑ Potrebne su grupe kubita da bi se otkrilo nešto složenije od bacanja novčića. Povezuju ih moduli poput ovog. Tim Yalea dizajnira ove jedinice za posebne svrhe. Neki obrađuju podatke, neki ih čitaju, drugi ih povećavaju. Ovladavanje ovim skalabilnim pristupom nalik Legu moglo bi biti važnije za usavršavanje kvantnih računala od gomilanja qubita.

↑ U hladnjaku je tiho. Svaka statika može potaknuti računalne pogreške, pa znanstvenici moraju zaštititi qubite. Jednosmjerni ventil, nazvan cirkulator (četiri pravokutnika koji se vide u sredini okvira na gornjoj fotografiji), filtrira smetnje, kao što je ambijentalna laboratorijska buka.

↑ Ne odvija se sav posao u hladnjaku. Mrežni analizator (u prvom planu) osigurava da mikrovalni kablovi potrebni za prijenos signala ispravno rade. Visoki sivi ormar neposredno iza njega upravlja rashladnim pumpama i ventilima.

↑ Studenti diplomskih studija i postdoktoranti neprestano izrađuju prilagođene konfiguracije za izvođenje specifičnih eksperimenata. To može zahtijevati spajanje desetaka kubita i modula za gniježđenje kubita za nove funkcije. Ovdje se stariji moduli (dolje lijevo i sredina desno) nalaze među koaksijalnim žicama i filtrima signala.

↑ Stare količine manje rade. S 15 godina, ovaj hladnjak visok 9 stopa jedan je od starijih u laboratoriju. Ne privlači pažnju mlađoj djeci. Uzak okvir otežava ožičenje, a hlađenje zahtijeva podizanje ogromne rashladne posude iz šahta u podu. Ipak, ako nema slobodnih mjesta u novijim postavama, studenti će ovo povući radi brzog istraživanja.

Ova je priča izvorno objavljena u izdanju Intelligencea Popularna znanost.