Φυσικοί δημιούργησαν πειραματικά για πρώτη φορά την κβαντική πύλη Fredkin

Κβαντική πύλη

Ερευνητές από το Πανεπιστήμιο Griffith και το Πανεπιστήμιο του Κουίνσλαντ έχουν ξεπεράσει μία από τις βασικές προκλήσεις για την κβαντική υπολογιστική, με την απλούστευση μιας σύνθετης κβαντικής λογικής λειτουργίας. Στην μελέτη τους η οποία δημοσιεύθηκε στην επιστημονική επιθεώρηση Science Advances, περιγράφουν την πειραματική πραγματοποίηση ενός κυκλώματος, της κβαντικής πύλης Fredkin, για πρώτη φορά.

«Η γοητεία των κβαντικών υπολογιστών είναι η απαράμιλλη δύναμη επεξεργασίας που παρέχουν σε σχέση με την τρέχουσα τεχνολογία», αναφέρουν οι ερευνητές στη μελέτη τους. «Παρόμοια με τους καθημερινούς μας υπολογιστές, οι εγκέφαλοι ενός κβαντικού υπολογιστή αποτελούνται από αλυσίδες λογικών πυλών, με τη διαφορά ότι οι κβαντικές λογικές πύλες αξιοποιούν τα κβαντικά φαινόμενα».

Το κύριο εμπόδιο για την πραγματική δημιουργία ενός κβαντικού υπολογιστή βρίσκεται στην ελαχιστοποίηση του αριθμού των πόρων που απαιτούνται για την αποτελεσματική εφαρμογή κυκλωμάτων επεξεργασίας. Μεγάλα κβαντικά κυκλώματα απαιτούν πάρα πολλές λογικές πύλες για να λειτουργήσουν. Ωστόσο εάν χρησιμοποιηθούν μεγαλύτερες λογικές πύλες θα μπορούσαν να κατασκευαστούν τα ίδια κβαντικά κυκλώματα με λιγότερες λογικές πύλες.

Στην μελέτη τους οι ερευνητές έδειξαν στο πείραμά τους, πως είναι δυνατή η κατασκευή μεγαλύτερων κβαντικών κυκλωμάτων με ένα πιο άμεσο τρόπο, χωρίς τη χρήση μικρών λογικών πυλών.

Προς το παρόν, ακόμη και μικρά και μεσαία κυκλώματα κβαντικού υπολογιστή δεν μπορούν να παραχθούν λόγω της απαίτησης για την ενσωμάτωση τόσο πολλών από αυτές τις πύλες στα κυκλώματα. Ένα παράδειγμα είναι η κβαντική πύλη Fredkin (ελεγχόμενη λειτουργία SWAP). Αυτή είναι μια πύλη όπου δύο qubits ανταλλάσσονται ανάλογα με την τιμή του τρίτου.

Συνήθως η πύλη Fredkin απαιτεί την εφαρμογή ενός κυκλώματος πέντε λογικών πράξεων. Η ερευνητική ομάδα χρησιμοποίησε τον κβαντικό εναγκαλισμό φωτονίων για την άμεση εφαρμογή της ελεγχόμενης λειτουργίας SWAP.

Η κβαντική πύλη Fredkin μπορεί επίσης να χρησιμοποιηθεί για την απευθείας σύγκριση δυο συνόλων qubits (κβαντικά bits) για να διαπιστωθεί εάν είναι τα ίδια ή όχι. Αυτό δεν είναι μόνο χρήσιμο στην πληροφορική, αλλά είναι ένα ουσιαστικό χαρακτηριστικό ορισμένων ασφαλών πρωτοκόλλων κβαντικής επικοινωνίας, όπου ο στόχος είναι να βεβαιωθεί κάποιος ότι δύο σειρές ή ψηφιακές υπογραφές είναι οι ίδιες.

«Αυτό που είναι συναρπαστικό στα αποτελέσματα του πειράματός μας, είναι ότι δεν περιορίζονται μόνο στον έλεγχο κατά πόσον υπάρχει ανταλλαγή κβαντικών bits, αλλά μπορεί να εφαρμοστεί σε μια ποικιλία διαφορετικών λειτουργιών, ανοίγοντας τον δρόμο για τον έλεγχο μεγαλύτερων κυκλωμάτων αποτελεσματικά», αναφέρουν επίσης στη μελέτη τους οι ερευνητές.

Παραπομπές

B. Patel, J. Ho, F. Ferreyrol, T. C. Ralph, G. J. Pryde. A quantum Fredkin gate. Science Advances, 2016. DOI: 10.1126/sciadv.1501531

ΑΝΔΡΕΑΣ ΓΡΗΓΟΡΙΟΥ

Παιδί της επιστήμης και της τεχνολογίας, παρέα με ένα γάτο κοιτάζει το σύμπαν και θέτει ερωτήσεις

You may also like...

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *