Kalifornian teknillinen yliopisto Caltech on esitellyt tähän asti suurimman neutraaleihin atomeihin perustuvan kvanttitietokoneen. Tutkijat onnistuivat vangitsemaan yli 6 000 cesiumatomia kvanttitietokoneen perusyksiköiksi eli kubiteiksi.
Läpimurto julkaistiin torstaina tiedelehti Naturessa. Aiemmin neutraaleihin atomeihin perustuvat järjestelmät ovat yltäneet vain satoihin kubitteihin.
Tutkimusryhmän mukaan kubitit pysyivät koherentteina eli laskentakykyisinä noin 13 sekunnin ajan, mikä on lähes kymmenkertainen parannus aiempiin kokeisiin verrattuna. Yksittäisten kubittien operaatioissa saavutettiin 99,98 prosentin tarkkuus.
”Voimme nyt nähdä polun kohti suuria virheenkorjattuja kvanttitietokoneita. Rakennuspalikat ovat olemassa”, sanoi projektin päätutkija, Caltechin fysiikan professori Manuel Endres.
Tutkijat käyttivät kvanttitietokoneen rakentamisessa niin sanottja optisia pinsettejä, eli laservaloa, jolla voidaan vangita ja siirtää yksittäisiä atomeja. Yhdestä laserista luotiin 12 000 valopistettä, joista yli 6 000 onnistui pitämään cesiumatomit paikallaan tyhjiökammiossa.
Erityisen merkittävää on, että atomeja voitiin siirtää paikasta toiseen ilman, että niiden hauras kvanttitila hajosi. Tämä ominaisuus voi auttaa virheiden korjaamisessa tulevissa kvanttikoneissa.
Kubitit eroavat tavallisista biteistä siten, että ne voivat olla sekä nolla että ykkönen samaan aikaan. Tämä mahdollistaa rinnakkaisten laskutoimitusten suorittamisen. Haasteena on pitää kubitit vakaana tarpeeksi kauan, sillä lämpö, sähkömagneettiset kentät ja muut häiriöt tuhoavat helposti kvanttitilan.
Caltechin tulokset vahvistavat neutraalien atomien asemaa yhtenä johtavista kvanttilaskennan teknologioista. Ne kilpailevat muun muassa IBM:n kehittämien suprajohtaviin piireihin perustuvien järjestelmien sekä IonQ:n ja Quantinuumin ioniansoihin perustuvien ratkaisujen kanssa.
IBM on luvannut rakentaa 100 000 kubitin koneen vuoteen 2033 mennessä. Quantinuum taas tavoittelee täysin virheenkorjattua kvanttitietokonetta jo vuoteen 2029 mennessä.
Seuraava ratkaiseva askel on virheenkorjaus skaalassa, jossa tuhansista fyysisistä kubiteista muodostetaan loogisia kubitteja. Vasta silloin kvanttikoneet voivat ratkoa käytännön ongelmia esimerkiksi kemiassa ja materiaalitutkimuksessa.
Caltechin 6 100 kubitin saavutus ei vielä tee koneesta käyttökelpoista työkalua, mutta se näyttää, että skaala, tarkkuus ja vakaus voidaan yhdistää yhteen järjestelmään.
Kuvateksti: Tutkijaryhmän jäsen Kon H. Leung työskentelee optisten pinsettien kanssa. Kuva: Caltech/Gyohei Nomura