Füüsikud esitlesid suuremõõtmelise kvantarvuti kavandit ({{commentsTotal}})

Winfried Hensinger ja uurimuse esimene autor Bjoern Lekitsch.
Winfried Hensinger ja uurimuse esimene autor Bjoern Lekitsch. Autor/allikas: Sussexi ülikool

Briti füüsikud esitlevad üksikasjalikku projekti vaid juba väljatöötatud tehnoloogiat kasutades moodulitest koosneva kvantarvuti ehitamiseks. Vastavalt vajadusele ja lahendavate ülesannete keerukusele võiks arvuti mahtuda toanurka või täita terve jalgpallistaadioni.

Töörühma ligikaudsete arvutuste kohaselt neelaks näiteks jalgpalliväljaku täitva arvuti ehitamine umbes 120 miljonit eurot. "Sellega seonduvad väljakutsed on muidugi päris suured, aga suurte kvantarvutite ehitamine on juba praegu võimalik. Me ei pea selleks leiutama juurde midagi uut," kinnitas uuringu juhtivautor Winfried Hensinger ERR Novaatorile antud intervjuus. Teoreetiliselt võimaldavad kvantarvutid lahendada pea hetkeliselt ülesandeid, millel võib kuluda tänapäeva superarvutitel miljoneid aastaid.

Kvantmaailma võlud
Kui klassikaliste informatsiooniühikute ehk bittide väärtus saab olla 1 või 0, siis kvantbitid võivad olla korraga mõlemas seisundis ja võtta ka kõigi nende vahele jäävaid väärtusi. Omadus võimaldab teha arvutusi määratu paralleelsusastmega. Kuigi klassikaliste arvutite tarbeks loodud algoritme kasutades pole sellest eriliselt kasu, kahaneb kvantalgoritme kasutades tulemuseni jõudmiseks tehtavate sammude arv eksponentsiaalselt.

Seejuures sõltub kvantarvutite võimsus otseselt sellest, palju kvantbitte omavahel põimida suudetakse. Kvantosakeste vaheliste kooskõla ehk koherentsi kadumiseni võivad viia aga isegi kõige pisemad keskkonnamõjutused. "Praeguseks loodud kvantarvutites tehakse tehteid 10 – 15 kvantbitiga, mis võimaldab lahendada juba mõningaid ülesandeid, milleks tavaarvutid võimelised pole. Kuid võib ette kujutada, et näiteks uute materjalide ja ravimite otsimisel või alusfüüsika rakendustes läheb neil ühel hetkel tarvis miljoneid ja miljardeid," nentis Hensinger.

Esmalt ehitab Sussexi ülikooli kvanttehnoloogiate professor kolleegidega väiksemamõõdulise prototüübi. "See võimaldab meil demonstreerida kõiki suurema kvantarvuti ehitamiseks tarvilikke tehnoloogiaid. Paralleelselt otsime partnereid tööstusest, et konstrueerida tõeliselt suur kvantarvuti," selgitas Hensinger. Hinnanguliselt kulub prototüübi ehitamiseks kaks aastat ja 1 – 2 miljonit naela.

Modulaarne süsteem
Hensingeri töörühma kirjeldatava lahenduse tuumaks on lõksustatud ioonid, mida on nähtud suurte kvantarvutite tööhobustena juba valdkonna algusaegadest saadik. Professoril õnnetus seni kirjeldatud lahendusi aga oluliselt lihtsustada.

Igas moodulis hoiustatakse väliskeskkonnamõjutuste eest kaitstud 2500 iooni. Osakesi hoitakse paigal magnetväljadega. Tehete tegemiseks ja ioonide põimimiseks kasutatakse eraldiseisvate laserite asemel tervet seadet läbistavaid mikrolaineid. Ioonide ringi liigutamiseks võetakse appi magnetväljad, mida saab kontrollida, muutes piirkondlikult voolutugevust. Arvutuste lõppfaasis kvantbiti oleku määramiseks kasutatakse viimaks laserit.

Teise olulise erinevusena toimub moodulitevaheline infovahetus fiiberoptiliste kaablite asemel elektrivälju ja tehete tegemiseks kasutatavaid ioone endid. "See võimaldab meil seda varasemast umbes 100 000 korda kiiremini," laiendas Hensinger. Seadme ülesehitus võimaldab teha kvantarvutusi tavapärasest kõrgemal temperatuuril – vaid -213 °C juures ehk selle jahutamiseks saab kasutada heeliumi asemel vedelat lämmastikku.

Praktilised näited
Töörühma arvutuste kohaselt nõuab 2048-bitise ehk 617 numbri pikkuse arvu 110 päevaga algteguriteks lahutamine teoorias 4096 iooni. Esitletud lahendusega läheks aga neid tarvis umbes kaks miljardit. Vahe tingib tehete tegemisel tehtavate vigade arv, mis võib ulatuda 0,1 protsendini. Ent arvestades, et ükski klassikaline arvuti suudaks ülesandega hakkama saada isegi miljardite aastate jooksul, on tegu siiski edasiminekuga. "Tehnika arenedes hakkab aga veasagedus langema ja kvantarvutite mõõtmed oluliselt kahanema. Suurusjärgud ei tundu enam nii ulmelised," lootis professor.



JRC ehk Join Research Centre töötab küll Euroopa Komisjoni jaoks, kuid pakub ka võimalusi rahvusvahelisteks projektideks, pöörates viimasel ajal tähelepanu Põhja-Euroopale ja noortele teadlastele.

Virtuaaltuur: ERR Novaator Itaalias 2000 töötajaga teaduslinnakus

Põhja-Itaalias Ispras asuv teaduslinnak on kui riik riigis: dokumenti näitamata alale sisse ei pääse, seal olles aga on kõik vajalik olemas. Ispras asub JRC ehk Joint Research Centre'i vanim osa, milles töötavad teadlased uurivad Euroopa Liidu jaoks olulisi teemasid lagunevast tuumareaktorist autode heitgaaside, meekoostise ja küberkaitseni.

ERR kasutab oma veebilehtedel http küpsiseid. Kasutame küpsiseid, et meelde jätta kasutajate eelistused meie sisu lehitsemisel ning kohandada ERRi veebilehti kasutaja huvidele vastavaks. Kolmandad osapooled, nagu sotsiaalmeedia veebilehed, võivad samuti lisada küpsiseid kasutaja brauserisse, kui meie lehtedele on manustatud sisu otse sotsiaalmeediast. Kui jätkate ilma oma lehitsemise seadeid muutmata, tähendab see, et nõustute kõikide ERRi internetilehekülgede küpsiste seadetega.
Hea lugeja, näeme et kasutate vanemat brauseri versiooni või vähelevinud brauserit.

Parema ja terviklikuma kasutajakogemuse tagamiseks soovitame alla laadida uusim versioon mõnest meie toetatud brauserist: