Videti je, da je naša digitalna prihodnost neizbežno povezana s kvantnimi računalniki. Ti se že uporabljajo, vendar zaenkrat zgolj v prilagojenem okolju raziskovalnih laboratorijev na vrhunskih inštitutih in univerzah. Trenutek, ko bodo se bodo kvantni računalniki na voljo splošnim uporabnikom, je videti še razmeroma oddaljen.
Klasičen računalnik, kot ga poznamo danes, shranjuje in obdeluje informacije v digitalnih bitih, ki so lahko le v stanju 0 ali 1. Kvantni računalnik za izvajanje svojih operacij nad podatki uporablja množico različnih kvantnih stanj. Namesto binarnih bitov so informacije shranjene v kvantnih bitih, kubitih. Njihova zmogljivost je velik potencial za prihodnost superzmogljivih računalnikov.
Kljub oviram in težavam se tako teoretične kot praktične raziskave kvantnih računalnikov nadaljujejo z neustavljivim tempom. Številne nacionalne vladne in vojaške agencije s financiranjem podpirajo raziskave in razvoj kvantnega računalništva za namene civilne in državne varnosti.
MIKROVALOVNI PREBOJ
Ena od ovir, s katero se pri povečevanju zmogljivosti kvantnih računalnikov srečujejo znanstveniki, je kontrola kubitov v kvantnih procesorjih. Izvajajo jo z vrsto mikrovalovnih impulzov. Ker kvantni procesorji delujejo pri temperaturi blizu absolutne ničle, krmilni impulzi prihajajo v ohlajeno okolje preko širokopasovnih kablov, ki se nahajajo v okolju s sobno temperaturo. Z večanjem števila kubitov se veča tudi število potrebnih kablov, z njihovim številom pa je omejena potencialna velikost kvantnega procesorja. Povečanje zmogljivosti zahteva večje hladilnike za ohlajanje vodnikov, ki morajo učinkoviteje ohlajati sistem in zmanjševati izgube. Težavo naj bi odpravili finski raziskovalci.
Finski raziskovalni konzorcij, ki ga vodita univerza Aalto in tehnični raziskovalni center VTT, je razvili komponento, ki proizvaja visokokakovostne mikrovalovne signale za kontrolo kvantnih računalnikov in deluje pri temperaturah blizu absolutne ničle. Z njo so kontrolni sistem prilagodili kvantnemu procesorju in omogočili občutno povečanje kapacitete procesiranja kubitov. Novi mikrovalovni vir je naprava na čipu, ki jo je mogoče integrirati s kvantnim procesorjem in bi lahko nadomestila obstoječe kontrolne sisteme in tako omogočila povečanje zmogljivosti. Komponenta z dimenzijami manjšimi od milimetra, odpravlja potrebo po visokofrekvenčnih krmilnih kablih, ki povezujejo sisteme z različno temperaturo. Zaradi nizke porabe in temperature je mogoče uporabiti ustrezno manjše hladilnike ali kriostate, hkrati pa še vedno pomembno povečati število kubitov.
Po besedah vodje ekipe Mikka Möttönena, profesorja na Univerzi Aalto, so izdelali natančen mikrovalovni vir, ki deluje pri enaki temperaturi kot kvantni procesorji, približno -273 stopinj. Naprava proizvede vsaj stokrat več moči kot prejšnje različice, kar je dovolj za nadzor kubitov in izvajanje kvantnih logičnih operacij. Zelo natančen sinusni val niha več kot milijardo krat na sekundo. Posledično so napake v kubitih zelo redke, kar je pomembno pri izvajanju natančnih kvantno logičnih operacij. Vendar pa tega mikrovalovnega vira z neprekinjenim valovanjem še ni mogoče uporabiti za nadzor kubitov, saj je sinusno valovanje potrebno preoblikovati v impulze. Ekipa trenutno razvija hitro preklapljanje in oblikovanje ustreznega krmilnega signala.
Mikrovalovni vir je potencialna rešitev tudi za druge sisteme. Poleg krmiljenja kvantnih računalnikov, lahko deluje tudi kot timer za elektronske naprave. Z nizko temperaturo in nizkim nivojem šuma je uporaben tudi za vrsto drugih kvantnih tehnologij, na primer za kvantne senzorje.
KVANTNA RANLJIVOST
Ko bodo izdelali dovolj zmogljive, zanesljive in stabilne naprave, bodo ti lahko matematične probleme reševali z eksponentno višjo hitrostjo v primerjavi s katerim koli klasičnim računalnikom. Že danes pa se strokovnjaki zavedajo, da bo ta zmogljivost kvantnemu računalniku omogočila tudi zlom številnih kriptografskih sistemov, ki se danes uporabljajo za zaščito varnih spletnih strani, šifrirane e-pošte in drugih vrst občutljivih podatkov. Zlasti bo ranljivih večina priljubljenih šifriranj z javnim ključem, vključno z zelo razširjenimi različicami RSA. Zlom teh bi imel pomembne posledice za elektronsko zasebnost in varnost.
Zato strokovnjaki hkrati iščejo nove poti za izboljšanje zmogljivosti in stabilnosti kvantnih računalnikov, kot tudi načine za preprečevanje zlorab z vdori tako zmogljivih računalnikov v zavarovane sisteme. Več o tem boste izvedeli na blogu, ki ga piše Domen Zavrl, dvojni doktor ekonomije s specializacijo iz kriptografije na Univerzi Stanford.
Nedavni komentarji