Wanafizikia Watengeneza Kompyuta Maalum ya Quantum Yenye Qubits 256

Katika kile ambacho ni maendeleo makubwa katika kompyuta ya quantum, timu ya wanafizikia kutoka Kituo cha Harvard-MIT cha Atomu za Ultracold na vyuo vikuu vingine vimeunda aina maalum ya kompyuta ya quantum. Mfumo huu unaitwa simulator ya quantum inayoweza kuratibiwa, na inaweza kufanya kazi na biti 256 za quantum, au "qubits." Qubits ni msingi kwa uendeshaji wa kompyuta za quantum, na ndio chanzo cha nguvu zao za usindikaji.

Maendeleo mapya yanatuleta karibu na kufikia mashine kubwa za kiasi, ambazo zinaweza kutumika kupata ufahamu wa kina kuhusu michakato changamano ya quantum. Wanaweza pia kuwa na athari kubwa katika nyanja kama vile sayansi ya nyenzo, teknolojia ya mawasiliano, fedha, na zingine nyingi ambazo kwa sasa zinakabiliwa na vizuizi katika utafiti.

Utafiti huo ulichapishwa nyuma mnamo Julai 9 mnamo Nature. 

Kusukuma Uwanja Mbele

Mikhail Lukin ni George Vasmer Leverett Profesa wa Fizikia na mkurugenzi mwenza wa Harvard Quantum Initiative. Yeye pia ni mmoja wa waandishi wakuu wa utafiti.

"Hii inahamisha uwanja kuwa kikoa kipya ambapo hakuna mtu aliyewahi kufika hadi sasa," alisema Lukin. "Tunaingia sehemu mpya kabisa ya ulimwengu wa quantum."

Sepehr Ebadi ni mwanafunzi wa fizikia katika Shule ya Wahitimu ya Sanaa na Sayansi na mwandishi mkuu wa utafiti. 

Kulingana na Ebadi, sifa kuu za mfumo ni saizi yake na usanidi wake, ambayo inafanya kuwa moja ya mifumo ya juu kote. Inaweza kutumia sifa za mata kwa mizani ndogo sana, ambayo huiwezesha kuendeleza nguvu ya usindikaji. Kuongezeka kwa qubits kunaweza kusaidia mfumo kuhifadhi na kuchakata taarifa zaidi kwa kasi zaidi kuliko bits za kawaida, ambazo kompyuta za kawaida hutegemea.

"Idadi ya majimbo ya quantum ambayo yanawezekana kwa qubits 256 tu inazidi idadi ya atomi katika mfumo wa jua," Ebadi alisema.

Kiigaji kimewawezesha watafiti kuchunguza hali za kigeni za quantum, na pia kufanya utafiti wa mpito wa awamu ya quantum, ambao ulikuwa sahihi sana na ulionyesha jinsi sumaku inavyofanya kazi katika kiwango cha quantum.

Kulingana na watafiti, majaribio haya yanaweza kusaidia wanasayansi kujifunza jinsi ya kuunda nyenzo mpya na mali ya kigeni.

Mfumo Mpya

Mradi huo unategemea jukwaa lililotengenezwa mwaka 2017 na watafiti, lakini liliboreshwa kwa kiasi kikubwa wakati huu. Ilikuwa na uwezo wa kufikia saizi ya qubits 51 hapo awali, na iliwawezesha watafiti kukamata atomi za rubidium zenye baridi kali na kuzipanga kwa mpangilio maalum kupitia matumizi ya safu ya sura moja ya mihimili ya leza inayolenga kibinafsi. 

Mfumo huu unaruhusu atomi kukusanywa katika safu-mbili za kibano cha macho, ambalo ni jina la miale ya leza. Hii huwezesha saizi ya mfumo unaoweza kufikiwa kuongezeka kutoka qubits 51 hadi 256. Watafiti wanaweza kutumia vibano kupanga atomi katika mifumo isiyo na kasoro na kuunda maumbo yanayoweza kupangwa, ambayo huwezesha mwingiliano tofauti kati ya qubits.

"Farasi wa jukwaa hili jipya ni kifaa kinachoitwa moduli ya mwanga wa anga, ambayo hutumiwa kutengeneza mawimbi ya mbele ili kutoa mamia ya miale ya kibano inayolenga kila mmoja," alisema Ebadi. "Vifaa hivi kimsingi ni sawa na kile kinachotumiwa ndani ya projekta ya kompyuta kuonyesha picha kwenye skrini, lakini tumezibadilisha kuwa sehemu muhimu ya kiigaji chetu cha quantum."

Atomu hizo hupakiwa kwanza kwenye vibano vya macho bila mpangilio kabla ya watafiti kusogeza atomi na kuzipanga katika jiometri lengwa. Seti ya pili ya vibano vinavyosogea kisha hutumika kuburuta atomi hadi mahali zinapotaka, ambayo huondoa unasibu wa awali. Laser huruhusu watafiti kuchukua udhibiti kamili juu ya uwekaji wa qubits za atomiki na ujanjaji wao madhubuti wa quantum.

Tout Wang ni mtafiti mshiriki wa fizikia huko Harvard na mmoja wa waandishi wa karatasi hiyo.

"Kazi yetu ni sehemu ya mbio kubwa ya kimataifa, inayoonekana sana ya kujenga kompyuta kubwa na bora zaidi," alisema Wang. "Juhudi za jumla [zaidi ya yetu wenyewe] zina taasisi za juu za utafiti wa kitaaluma zinazohusika na uwekezaji mkubwa wa sekta binafsi kutoka Google, IBM, Amazon, na wengine wengi."

Timu sasa inafanya kazi ili kuboresha mfumo kwa kuboresha udhibiti wa leza juu ya qubits, na pia kufanya mfumo uweze kupangwa zaidi. Kulingana na watafiti, maombi yanayowezekana ni pamoja na kuchunguza aina za kigeni za quantum matter na kutatua matatizo ya ulimwengu halisi ambayo yanaweza kusimbwa kwa asili kwenye qubits.

"Kazi hii inawezesha idadi kubwa ya mwelekeo mpya wa kisayansi," Ebadi alisema. "Hatuko karibu na mipaka ya kile kinachoweza kufanywa na mifumo hii."