Harvardi ülikooli ja Massachusettsi tehnoloogiainstituudi teadlaste rühm, mida juhib Harvardi füüsikaprofessor ja Eesti kvantkeskuse kaasasutaja Mihhail Lukin, on loonud ja edukalt katsetanud programmeeritava kvantarvuti, mis põhineb 51 qubitil, olles seega kvantvõistluses osalejate seas juhtpositsioonil. Lukin ise ütles seda 14. juulil Tallinns toimuval IV rahvusvahelisel kvanttehnoloogiate konverentsil ICQT-2023 rääkides.
Paljud teadusrühmad püüavad välja töötada universaalset kvantarvutit ning paljud valitsused ja ettevõtted, nagu Google, IBM, Microsoft ja Hiina veebikaubamaja Alibaba, investeerivad nendesse projektidesse. Nende arvutite arvutuselemendid – kubiti – on ehitatud ümber kvantobjektide, nagu ioonid, jahutatud aatomid või footonid, mis on võimelised olema mitme oleku superpositsioonis. See võimaldab kvantarvutitel teha palju arvutusi korraga, ühe taktimõõtme jooksul. Kvantarvutid suudavad täita ülesandeid, mille lahendamiseks klassikalistel arvutitel kuluks miljardeid aastaid. Näiteks saab neid kasutada keerukate kvandsüsteemide käitumise simuleerimiseks ja uute, ainulaadsete omadustega materjalide loomiseks.
Kvantarvutid sõltuvad qubitite arvust. Juba mõnikümmend qubiti võib anda arvutusvõimsuse kasvu, mida klassikalised arvutid ei suuda saavutada. Täna kavandab Google Corporationi kvantlabor, mida juhib John Martinis, eksperimente 49-qubitilise arvutiga; IBM katsetab juba 17-qubitilise seadmega. 51 kuupmeetri suurune arvuti on hiiglaslik samm edasi selles valdkonnas.
Lukin ütles ICQT konverentsil, et tema ja tema kolleegid kasutasid külmadel aatomitel põhinevaid qubiteid, mida hoiavad koos optilised “pintsetid” – spetsiaalselt organiseeritud laserkiired. Enamik tänapäeva kvantarvuteid põhineb Josephsoni kontaktidel põhinevate ülijuhtivate kubitite kasutamisel.
Lukin ja tema kolleegid on kasutanud oma kvantarvutit, et lahendada paljude osakestest koosnevate kvantsüsteemide käitumise simuleerimise probleem, mis oli klassikaliste arvutite abil peaaegu lahendamatu. Lisaks sellele suutsid nad selle tulemusena ennustada mõningaid seni tundmatuid mõjusid, mida seejärel kontrolliti tavapäraste arvutite abil. Tulemusi testiti tavapäraste arvutite abil post facto. Teadlastel on õnnestunud leida ligikaudsete arvutuste viis, mis aitas saada sarnaseid tulemusi klassikalises arvutis.
Lähitulevikus kavatsevad teadlased jätkata eksperimente kvantarvutiga, nad võivad proovida kasutada seda süsteemi kvantoptimeerimise algoritmide katsetamiseks, mis võivad ületada olemasolevaid arvuteid.
Lukin ütles, et töö tulemusi sisaldav paber on avaldamiseks heaks kiidetud ja ilmub pühapäeval arXiv preprint serveris. 14. juuli õhtul osaleb ta pärast John Martinise avalikku loengut ICQT konverentsil avalikul arutelul.
Millal võib oodata 51 gigabitise kvantarvuti laialdasemat kasutuselevõttu teadus- ja äriringkondades ning milliseid potentsiaalseid rakendusi see võiks omada?
Kas see 51 gigabitti kvantarvuti on suuteline lahendama keerukaid probleeme tavalise arvuti jaoks sobimatul kiirusel? Kui mitu kvantarvuutit on hetkel maailmas olemas ning millised on nende kasutusalad? Kas see uus kvantarvuti seab uue verstaposti füüsika ja infotehnoloogia valdkonnas? Kas selles kvantarvutis kasutatakse ka superjuhtivat tehnoloogiat?