Ερευνητές από το Πανεπιστήμιο της Οξφόρδης ισχυρίζονται πως κατάφεραν να πετύχουν κβαντική τηλεμεταφορά, συνδέοντας δύο ξεχωριστούς κβαντικούς υπολογιστές, ώστε να εκτελέσουν έναν αλγόριθμο συνεργατικά. Οι δύο κβαντικοί υπολογιστές βρίσκονταν σε απόσταση δύο μέτρων και η ανακάλυψη των ερευνητών πιθανότατα θα οδηγήσει σε ακόμα πιο ισχυρούς κβαντικούς υπολογιστές.
Η ιδέα μας για την τηλεμεταφορά έχει διαμορφωθεί σε μεγάλο βαθμό από το Star Trek, όπου οι άνθρωποι εξαφανίζονται από μια τοποθεσία ενώ ταυτόχρονα εμφανίζονται αλλού. Η κβαντική τηλεμεταφορά δεν λειτουργεί έτσι. Αντίθετα, πρέπει να προ-τοποθετήσετε κβαντικά αντικείμενα τόσο στην πηγή όσο και στο άκρο λήψης της τηλεμεταφοράς και να τα μπερδέψετε. Μόλις γίνει αυτό, είναι δυνατό να εκτελέσετε μια σειρά ενεργειών που αναγκάζουν τον παραλήπτη να υιοθετήσει την κβαντική κατάσταση της πηγής. Η διαδικασία εκτέλεσης αυτής της τηλεμεταφοράς περιλαμβάνει μια μέτρηση του αντικειμένου πηγής, το οποίο καταστρέφει την κβαντική του κατάσταση ακόμα και όπως εμφανίζεται σε μια μακρινή τοποθεσία, επομένως μοιράζεται αυτό το χαρακτηριστικό με τη δημοφιλή αντίληψη της τηλεμεταφοράς.
Οι δύο κβαντικοί υπολογιστές απείχαν περίπου δύο μέτρα μεταξύ τους και οι ερευνητές χρησιμοποίησαν μια φωτονική δικτυακή διεπαφή, όπως την περιέγραψαν λεπτομερώς στην μελέτη που δημοσιεύθηκε στο περιοδικό Nature.
Η ομάδα, με επικεφαλής τον μεταπτυχιακό φοιτητή Φυσικής του Πανεπιστημίου της Οξφόρδης, Dougal Main, ελπίζει ότι το επίτευγμα θα θέσει τις βάσεις για ένα «κβαντικό διαδίκτυο» κατανεμημένων εξαιρετικά ασφαλών επεξεργαστών.
Δεν είναι η πρώτη φορά που έχει γίνει κβαντική τηλεμεταφορά. Μια προηγούμενη μελέτη, έδειξε πως οι καταστάσεις των κβαντικών δυαδικών ψηφίων (qubits), εκτός του ότι μπορούν να υπερτεθούν και να μπλεχθούν, μπορούν και να μεταφερθούν σε συστήματα που είναι φυσικά διαχωρισμένα.
«Στη μελέτη μας, χρησιμοποιούμε την κβαντική τηλεμεταφορά για να δημιουργήσουμε αλληλεπιδράσεις μεταξύ αυτών των απομακρυσμένων συστημάτων», δήλωσε ο Main σε μια δήλωση . «Προσαρμόζοντας προσεκτικά αυτές τις αλληλεπιδράσεις, μπορούμε να εκτελέσουμε λογικές κβαντικές πύλες – τις θεμελιώδεις λειτουργίες του κβαντικού υπολογισμού – μεταξύ qubits που βρίσκονται σε ξεχωριστούς κβαντικούς υπολογιστές».
Ο Dougal Main και το μέλος της ομάδας Beth Nichol εργάζονται στον κατανεμημένο κβαντικό υπολογιστή . ( Τζον Κερνς )
Η ανακάλυψη αντιμετωπίζει το «πρόβλημα επεκτασιμότητας», ένας κβαντικός υπολογιστής αρκετά ισχυρού ώστε να διαταράσσει τη βιομηχανία θα έπρεπε να είναι ικανός να επεξεργαστεί εκατομμύρια qubits. Ωστόσο, η τοποθέτηση όλων αυτών των επεξεργαστών σε μία μόνο συσκευή θα απαιτούσε ένα μηχάνημα τεράστιου μεγέθους. Σε αυτή τη νέα προσέγγιση, μικρές κβαντικές συσκευές συνδέονται μεταξύ τους, επιτρέποντας την κατανομή των υπολογισμών σε όλο το δίκτυο. Θεωρητικά, δεν υπάρχει όριο στον αριθμό των επεξεργαστών που θα μπορούσαν να υπάρχουν στο δίκτυο.
«Αυτή η ανακάλυψη μας δίνει τη δυνατότητα να «συνδέσουμε» αποτελεσματικά διαφορετικούς κβαντικούς επεξεργαστές σε έναν ενιαίο, πλήρως συνδεδεμένο κβαντικό υπολογιστή», εξήγησε, ουσιαστικά το ισοδύναμο της σύνδεσης παραδοσιακών υπολογιστών για τη δημιουργία ενός υπερυπολογιστή.
Ο Main και η ομάδα του ελπίζουν πως η χρήση φωτός για τη μετάδοση δεδομένων, αντί για ηλεκτρικά σήματα, θα είναι το κλειδί για να ξεπεράσουν τα εμπόδια μηχανικής, που εμπλέκονται στη δημιουργία μεγάλων κβαντικών υπολογιστών. Σε γενικές γραμμές, όσα περισσότερα qubits επεξεργάζεται ένας κβαντικός υπολογιστής, τόσο πιο δύσκολο είναι να διατηρηθούν σε σταθερή κατάσταση και να μειωθεί ο εξωτερικός ψηφιακός θόρυβος.
Υλικό που μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την παγίδευση ιόντων για κβαντικούς υπολογισμούς. Πίστωση: D. Slichter/NIST
«Με τη διασύνδεση των μονάδων χρησιμοποιώντας φωτονικούς συνδέσμους, το σύστημα αποκτά πολύτιμη ευελιξία, επιτρέποντας την αναβάθμιση ή την αντικατάσταση των μονάδων χωρίς να διαταραχθεί ολόκληρη η αρχιτεκτονική», εξήγησε ο Main.
«Το πείραμά μας αποδεικνύει ότι η επεξεργασία κβαντικών πληροφοριών που κατανέμεται στο δίκτυο είναι εφικτή με την τρέχουσα τεχνολογία», πρόσθεσε ο κύριος ερευνητής και καθηγητής φυσικής της Οξφόρδης David Lucas.
Όμως, πριν οι κβαντικοί υπολογιστές, πόσο μάλλον οι κβαντικοί υπερυπολογιστές, γίνουν πιο κοινός εξοπλισμός για χρήση από τον οποιονδήποτε, οι ερευνητές πρέπει να ξεπεράσουν τρομερά εμπόδια στις υλοποιήσεις τους.
Παρόλα αυτά, οι ερευνητές ελπίζουν ότι τα συστήματα κβαντικών υπολογιστών θα μπορούσαν μια μέρα να εκτελέσουν υπολογισμούς σε λίγες μόνο ώρες που οι σημερινοί υπερυπολογιστές θα χρειαστούν χρόνια για να λύσουν.
Η μελέτη δημοσιεύθηκε στο περιοδικό Nature.
