Nuo Santa Barbaros (Kalifornija) iki Hefėjaus (Kinija) mokslininkai kuria naujo tipo kompiuterius, dėl kurių šiandieniniai įrenginiai panašesni į žaidimus.

Išnaudodama paslaptingas kvantinės mechanikos galias, technologija per kelias minutes atliks užduotis, kurių net superkompiuteriai negalėjo atlikti tūkstančius metų. 2019 m. rudenį „Google“ pristatė failą eksperimentinis kvantinis kompiuteris Paaiškėjo, kad tai buvo įmanoma. Po dvejų metų laboratorija Kinijoje daryti tą patį.

Tačiau kvantinė kompiuterija neišnaudotų savo potencialo be kito technologinio proveržio. Jis pavadino tai „kvantiniu internetu“ – kompiuterių tinklu, galinčiu siųsti kvantinę informaciją tarp nuotolinių mašinų.

Delfto technologijos universitete Nyderlanduose fizikų komanda žengė svarbų žingsnį tokio ateities kompiuterių tinklo link, naudodama techniką, vadinamą kvantine teleportacija, kad būtų galima siųsti duomenis per tris fizines vietas. Anksčiau tai buvo įmanoma tik su dviem.

Naujasis eksperimentas rodo, kad mokslininkai gali išplėsti kvantinį tinklą vis daugiau vietų. „Dabar laboratorijoje kuriame mažus kvantinius tinklus“, – sakė komandai vadovaujantis Delfto fizikas Ronaldas Hansonas. „Tačiau idėja yra galiausiai sukurti kvantinį internetą.”

Jų tyrimas, kuris buvo atskleistas šią savaitę su Mokslinis darbas, paskelbtas moksliniame žurnale Nature, demonstruoja reiškinio, kurį Albertas Einšteinas laikė neįmanomu, galią. Kvantinė teleportacija – kaip ji vadinamanuotolinis darbas baisus„Informaciją galima perkelti iš vienos svetainės į kitą neperkeliant joje esančios fizinės medžiagos.

Ši technologija gali iš esmės pakeisti duomenų perdavimo iš vienos vietos į kitą būdą. Jis pagrįstas daugiau nei šimtmetį trukusiais tyrimais, susijusiais su kvantine mechanika – fizikos sritimi, kuri valdo subatominį pasaulį ir elgiasi kitaip, nei viskas, ką patiriame kasdieniame gyvenime. Kvantinė teleportacija ne tik perduoda duomenis tarp kvantinių kompiuterių, bet ir taip, kad niekas negalėtų perimti.

„Tai ne tik reiškia, kad kvantinis kompiuteris gali išspręsti jūsų problemą, bet ir nežino, kokia yra problema“, – sakė Insbruko universiteto Eksperimentinės fizikos instituto mokslininkė Tracy Eleanor Northup, kuri taip pat tiria kvantines problemas. teleportacija. „Šiandien tai neveikia. „Google“ žino, ką naudojate jos serveriuose.

Kvantinis kompiuteris spusteli keistus būdus, kaip kai kurie daiktai elgiasi, jei jie yra labai maži (pvz., elektronas ar šviesos dalelė) arba labai šalti (kaip keistas metalas atšaldomas iki beveik absoliutaus nulio arba minus 460 laipsnių pagal Farenheitą). Tokiais atvejais vienas objektas vienu metu gali veikti kaip du atskiri objektai.

Tradiciniai kompiuteriai atlieka skaičiavimus apdorodami informacijos „bitus“, kurių kiekviename bite yra 1 arba 0. Pasitelkiant savitą kvantinės mechanikos elgseną, kvantinis bitas arba kubitas gali saugoti 1 ir 0 derinį – šiek tiek panašiai. kaip Besisukanti moneta turi viliojančią galimybę, kad galiausiai nukritusi ant stalo ji pasirodys arba kaip galva, arba kaip uodega.

Tai reiškia, kad du kubitai vienu metu gali turėti keturias reikšmes, trys kubitai gali turėti aštuonis, keturi gali turėti 16 ir pan. Didėjant kvantinių kubitų skaičiui, kvantinis kompiuteris tampa vis galingesnis.

Tyrėjai mano, kad šie prietaisai vieną dieną galėtų paspartinti naujų vaistų kūrimą, todėl dirbtinio intelekto ir energijos pažanga Įsilaužimo šifravimas, apsaugantis kompiuterius, gyvybiškai svarbius nacionaliniam saugumui. Visame pasaulyje vyriausybės, akademinės laboratorijos, startuoliai ir technologijų gigantai išleidžia milijardus dolerių technologijų tyrinėjimui.

2019 m. „Google“. paskelbti Kad jo aparatinė įranga pasiekė tai, ką mokslininkai vadina „kvantine viršenybe“, o tai reiškia, kad ji gali atlikti eksperimentinę užduotį, kurios neįmanoma atlikti naudojant įprastinius kompiuterius. Tačiau dauguma ekspertų mano, kad praeis dar bent keleri metai, kol kvantinis kompiuteris galės padaryti ką nors naudingo, ko negalėsite padaryti su kita mašina.

Dalis iššūkių yra tai, kad kubitas sugenda arba „išardo“, jei iš jo perskaitai informaciją – jis tampa įprastu bitu, galinčiu laikyti tik 0 arba 1, bet ne abu. Tačiau sujungę daug kubitų ir kurdami būdus, kaip apsisaugoti nuo dekoherencijos, mokslininkai tikisi sukurti galingas, bet praktiškas mašinas.

Galiausiai idealiu atveju šie tinklai būtų sujungti su tinklais, galinčiais siųsti informaciją tarp mazgų, kad ją būtų galima naudoti iš bet kurios vietos, lygiai taip pat, kaip debesų kompiuterijos paslaugos, tokios kaip „Google“ ir „Amazon“, šiandien plačiai prieinama apdorojimo galia.

Tačiau tai ateina su savo problemomis. Iš dalies dėl dekoherencijos kvantinės informacijos negalima nukopijuoti ir perduoti tradiciniu tinklu. Kvantinė teleportacija suteikia alternatyvą.

Nors jis negali perkelti objektų iš vienos vietos į kitą, jis gali perduoti informaciją pasinaudodamas kvantine savybe, vadinama „įsipainiojimu“: bet koks kvantinės sistemos būsenos pokytis, kuris iš karto paveikia kitos toli esančios sistemos būseną.

„Po krosoverio nebegalite apibūdinti šių sąlygų atskirai“, – sakė daktaras Northupas. „Iš esmės dabar tai yra viena sistema.

Šios susipynusios sistemos gali būti elektronai, šviesos dalelės ar kiti dalykai. Nyderlanduose daktaras Hansonas ir jo komanda panaudojo vadinamąjį laisvą azoto centrą – nedidelę tuščią erdvę sintetiniame deimante, kurioje gali būti įstrigę elektronai.

Komanda sukūrė tris iš šių kvantinių sistemų, pavadintų Alice, Bob ir Charlie, ir sujungė jas į liniją šviesolaidinėmis sruogomis. Tada mokslininkai gali supainioti šias sistemas, siųsdami tarp jų atskirus fotonus – šviesos daleles.

Pirmiausia tyrėjai supainiojo du elektronus – vieną priklausė Alice, o kitą – Bobui. Tiesą sakant, elektronams buvo suteiktas toks pat sukimasis, todėl jie buvo sujungti arba įsipainioję į bendrą kvantinę būseną, kiekviename išsaugant tą pačią informaciją: tam tikrą 1 ir 0 derinį.

Tada mokslininkai gali perkelti šią kvantinę būseną į kitą kubitą, anglies branduolį, esantį Bobo sintetiniame deimante. Tai išlaisvino Bobo elektroną, o mokslininkai galėjo susieti jį su kitu Čarliui priklausančiu elektronu.

Atlikdami konkrečią kvantinę operaciją su kiekvienu Bobo kubitu – elektronu ir anglies branduoliu – mokslininkai gali suklijuoti du susipynimus: Alisa ir Bobas yra priklijuoti prie Bobo ir Čarlio.

Rezultatas: Alisa buvo įsipainiojusi su Čarliu, todėl duomenims akimirksniu galėjo teleportuotis per visus tris mazgus.

Kai duomenys keliauja tokiu būdu, iš tikrųjų nenukeliaudami atstumo tarp mazgų, jie negali būti prarasti. „Informaciją galima įvesti vienoje ryšio pusėje, o tada rodyti kitoje“, – sakė daktaras Hansonas.

Informacija taip pat negali būti perimta. Kvantinis ateities internetas, pagrįstas kvantine teleportacija, galėtų suteikti naujo tipo teoriškai nepalaužiamą kriptografiją.

Naujajame eksperimente tinklo mazgai nebuvo toli vienas nuo kito – tik apie 60 pėdų. Tačiau ankstesni eksperimentai parodė, kad kvantinės sistemos gali įsipainioti didesniais atstumais.

Tikimasi, kad po dar kelerių metų tyrimų kvantinė teleportacija bus gyvybinga daugelyje mylių. „Dabar bandome tai padaryti ne laboratorijoje“, – sakė daktaras Hansonas.