Obliczenia kwantowe od dekad pozostają jedną z tych technologii, która wciąż obiecuje więcej, niż realnie dostarcza. Chociaż teoretycznie komputery kwantowe mogą zrewolucjonizować niemal każdą dziedzinę nauki, to w praktyce wciąż tkwią w laboratoryjnej fazie rozwoju, zmagając się z fundamentalnymi problemami stabilności i skalowalności. Amerykańska firma EeroQ proponuje jednak rozwiązanie, które może w końcu przełamać ten impas. Zamiast podążać utartymi ścieżkami, sięgnęła po fizyczne zjawisko znane od pół wieku, ale dotąd niewykorzystane w praktyce, bo pułapkowanie pojedynczych elektronów na powierzchni ciekłego helu.
Kwanty wreszcie odklejają się od zera, czyli jak EeroQ przełamało barierę kriogeniczną
Cała koncepcja opiera się na pozornie prostym zjawisku fizycznym, bo gdy tylko elektron zbliża się do powierzchni ciekłego helu, ten (będąc dielektrykiem) generuje pod powierzchnią słaby ładunek dodatni zwany “ładunkiem obrazowym”. Elektron zostaje przyciągnięty do tego ładunku, ale nie może do niego dotrzeć, ponieważ hel jest chemicznie obojętny i nie oferuje wolnych miejsc dla elektronów. W efekcie cząstka zawisa tuż nad powierzchnią cieczy niczym nad niewidzialną poduszką.
Jeśli zbliżymy naładowaną cząstkę, taką jak elektron, do powierzchni, ponieważ hel jest dielektrykiem, stworzy on mały ładunek obrazowy pod cieczą – wyjaśnia Johannes Pollanen z EeroQ.
Czytaj też: Budownictwo przyszłości już istnieje i ma sześć nóg. Robot Charlotte buduje domy w 24 godziny
Zimno nadal jednak musi być, bo proponowany przez EeroQ nadal wymaga chłodzenia do około 4 Kelwinów, co odpowiada temperaturze -269°C. Brzmi ekstremalnie, ale w porównaniu z innymi rozwiązaniami kwantowymi to wręcz umiarkowane warunki. Kluczową rolę odgrywa tutaj właściwość ciekłego helu jako nadcieczy, która może swobodnie przepływać przez mikroskopijne kanały w chipach krzemowych.
Nie tylko ciekły hel. EeroQ zaskakuje również dopracowaniem szczegółów
Jedną z największych przewag technologii EeroQ jest jej kompatybilność ze standardowymi procesami produkcyjnymi. Możliwość wykorzystania technologii CMOS to znacząca różnica w porównaniu z innymi systemami kwantowymi, które często wymagają wyspecjalizowanych i kosztownych linii produkcyjnych.
Przy stosunkowo przestarzałej technologii CMOS można budować skalujące się architektury, które mogą pomieścić dziesiątki tysięcy, setki tysięcy, miliony kubitów na dość małych chipach – wyjaśnia Johannes Pollanen z EeroQ.
Planowane kubity mają przechowywać informację w spinach elektronów, a to według twórców zapewni wyjątkową stabilność. Wcześniejsze badania pokazały już możliwość przemieszczania pojedynczego elektronu na odległość przekraczającą kilometr, co stanowi umiejętność kluczową dla przyszłych procesorów kwantowych. Co ciekawe, kontrola i detekcja pojedynczych elektronów okazała się możliwa w temperaturach powyżej 1 Kelwina, a konkretnie 1,1K. Chociaż różnica wydaje się niewielka, to w świecie kriogeniki oznacza to dostęp do systemów chłodzących o mocy przekraczającej 100 mW, a to znacznie ułatwia skalowanie całej technologii.
Czytaj też: Airbus drukuje przyszłość lotnictwa, aby rozwiązać kluczowy problem obiecujących samolotów
Badacze wykorzystali nadprzewodzący rezonator mikrofalowy do odczytu stanu ładunkowego pułapek elektronowych, osiągając siłę sprzężenia dwukrotnie większą niż w poprzednich eksperymentach. Udało się to pomimo pracy w cieplejszym i bardziej “zaszumionym” środowisku.
Dekoherencja pokonana?
Najbardziej innowacyjnym elementem całego projektu wydaje się jednak strategia radzenia sobie z dekoherencją, czyli głównym wrogiem systemów kwantowych. Firma planuje kodować kubity nie w pojedynczych elektronach, ale w parach cząstek o przeciwnych spinach. Ta strategia może okazać się kluczowa dla architektur mobilnych kubitów, w których to cząstki muszą być przemieszczane między różnymi częściami procesora. Eksperymenty wykazały już zresztą możliwość niezawodnego ładowania i rozładowywania pojedynczych elektronów z rezerwuaru do obwodu pomiarowego bez żadnych błędów.
Czytaj też: Najważniejszy samolot USA przyłapany w locie. Jakie tajemnice skrywa nietypowe wydanie?
Technologia EeroQ wciąż znajduje się we wczesnej fazie rozwoju i przed nią długa droga do komercjalizacji. Jednak już teraz widać, że może stanowić realną odpowiedź na niektóre fundamentalne problemy obliczeń kwantowych. Możliwość wykorzystania standardowych procesów produkcyjnych przy jednoczesnym osiągnięciu wysokiej stabilności kubitów to kombinacja, która w nadchodzącej dekadzie może wreszcie przybliżyć komputery kwantowe do praktycznego zastosowania.