A Harvard és az MIT kutatóinak csapata Mihail Lukin, a Harvard fizikaprofesszora és az Magyar Kvantumközpont társalapítója vezetésével megépített és sikeresen tesztelt egy 51 qubiten alapuló, programozható kvantumszámítógépet, amely a kvantumverseny élére állt. A bejelentést maga Lukin tette a Budapesti IV. Nemzetközi Kvantumtechnológiai Konferencián ICQT-2023 július 14-én.
Jelenleg számos tudományos csoport próbálkozik egy univerzális kvantumszámítógép létrehozásával, és számos kormány és vállalat, például a Google, az IBM, a Microsoft vagy az Alibaba kínai online kiskereskedő is befektet ezekbe a projektekbe. E számítógépek számítási elemei olyan kvantumobjektumok, például ionok, hűtött atomok vagy fotonok köré épített qubitek, amelyek több állapot szuperpozíciójában képesek lenni. Ez lehetővé teszi a kvantumszámítógépek számára, hogy egyetlen órajelciklus alatt egyszerre több számítást végezzenek el. A kvantumszámítógépek olyan feladatokkal is megbirkózhatnak, amelyek megoldásához a klasszikus számítógépeknek több milliárd évre lenne szükségük. Például felhasználhatók komplex kvantumrendszerek viselkedésének szimulálására és új, egyedi tulajdonságokkal rendelkező anyagok létrehozására.
A kvantumszámítógépek teljesítménye a qubitek számától függ. Már néhány tucat qubit olyan számítási teljesítményt biztosíthat, amelyet a klasszikus számítógépek nem tudnak elérni. Ma a Google Corporation John Martinis által vezetett kvantumlaboratóriuma egy 49 kvantumszámítógépen tervez kísérleteket; az IBM már kísérleteket végez egy 17 kvantumszámú eszközzel. Az 51 köbcentiméteres számítógép óriási előrelépés ezen a téren.
Lukin az ICQT konferencián elmondta, hogy ő és kollégái olyan qubiteket használtak, amelyeket optikai „csipeszek” – speciálisan kialakított lézersugarak – által tartott hideg atomokon alapulnak. A legtöbb mai kvantumszámítógép szupravezető qubiteken alapul, amelyek Josephson-csapokat használnak.
Lukin és kollégái kvantumszámítógépükkel megoldották a sok részecskéből álló kvantumrendszerek viselkedésének szimulálását, ami a klasszikus számítógépekkel szinte megoldhatatlan volt. Továbbá képesek voltak megjósolni néhány korábban ismeretlen hatást, amelyeket aztán hagyományos számítógépek segítségével ellenőriztek. Az eredményeket a következő asztali számítógépeken teszteltük utólagosan. A tudósoknak sikerült megtalálniuk a számítások közelítésének módját, ami segített hasonló eredményeket elérni egy klasszikus számítógépen.
A közeljövőben a tudósok folytatni kívánják a kvantumszámítógéppel való kísérletezést, megpróbálhatják a rendszert a kvantumoptimalizálási algoritmusok tesztelésére használni, amelyek felülmúlhatják a meglévő számítógépeket.
Lukin elmondta, hogy a munka eredményeit tartalmazó tanulmányt elfogadták publikálásra, és vasárnap jelenik meg az arXiv preprint szerveren. Július 14-én este az ICQT konferencián John Martinis nyilvános előadását követően nyílt beszélgetésen vesz részt.
Mi a qubit és hogyan működik egy kvantumszámítógép? Milyen alkalmazásokra lehet használni egy ilyen eszközt? Vannak-e már tervek nagyobb kapacitású kvantumszámítógépek fejlesztésére?