Tartu Ülikooli füüsika instituudi teadlased leidsid võimaluse töötada välja uut tüüpi optilised kvantarvutid.
Avastuse keskmes on kindlate omadustega ioonid, mis saavad käituda kvantbittidena. Need annaksid kvantarvutitele seni uuritud lahendustega võrreldes ülisuure arvutuskiiruse ja parema töökindluse. Tartu Ülikooli teadlased Vladimir Hižnjakov, Vadim Boltruško, Helle Kaasik ja Jurii Orlovskii avaldasid uuringu tulemused teadusajakirjas Optics Communications.
Kui tavaarvutites on infoühikuteks bitid, siis kvantarvutites on tegu kvantbittidega. Tavalises arvutis kannab infot enamasti elekter väljatransistoritest koosnevates mälurakkudes. Kvantarvutis on infokandjadaga sõltuvalt arvuti tüübist palju väiksemad osakesed, näiteks ioonid, footonid ja elektronid.
Kvantbiti infot võimaldab kanda selle osakese mingi omadus, näiteks elektroni spinn või footoni polarisatsioon, mis võib olla kahes seisundis. Kui tavalise biti võimalikud väärtused on 0 või 1, siis kvantbitil on võimalikud ka nende väärtuste vahepealsed variandid. Vahepealset olekut nimetatakse superpositsiooniks. See annabki kvantarvutitele suutlikkuse lahendada ülesandeid, millega tavaarvutid mõistliku aja jooksul hakkama ei saa.
Segukristallide ioonidest kvantbitid
Tartu Ülikooli füüsika instituudi teadlased eesotsas Vladimir Hižnjakoviga näitasid, et ülikiirete optiliste kvantarvutite ehitamiseks võiks kasutada haruldasi muldmetalle. Lisades praseodüümi või mõne teise haruldase muldmetalli mikromõõtmetega segukristallidele fluori ja teiste haruldaste muldmetallide ioone, võib saada uut tüüpi kvantbitte.
Tartu Ülikooli tahkiseteooria kaasprofessori, akadeemik Vladimir Hižnjakovi sõnul on seejuures ioonide valikul esmatähtsad nende väga erinevate omadustega elektronolekud. "Nende seas peab olema vähemalt kaks olekut, mille korral on ioonide vastasmõju väga nõrk. Need olekud sobivad kvantloogilisteks põhioperatsioonideks üksikutel kvantbittidel. Lisaks on vaja olekut või olekuid, mille puhul on ioonide vastasmõju tugev – need olekud võimaldavad tingimustega kvantloogilisi operatsioone kahe või enama kvantbitiga," selgitas Hižnjakov.
Kõiki neid olekuid peab olema võimalik säilitada mitmeid milli- või mikrosekundeid, mis on kvantmaailmas pikk ajavahemik. Samuti peavad olema nende olekute vahel lubatud optilised üleminekud.
Tema sõnul pole selliste ioonide leidmist seni võimalikuks peetud, seetõttu pole kvantbittideks sobivaid osakesi nende seast ka otsitud. "Seni on kvantbittide ülesannete täitmiseks uuritud peamiselt aatomituumade spinnide seisundeid. Nende sagedus on aga miljon korda väiksem kui meie kvantbittidel. Seepärast oleks ka nende põhjal loodavad kvantarvutid meie ioonidel põhinevate kvantbittidega arvutitest tohutult palju aeglasemad," selgitas ta.
Loe pikemalt Novaatorist.
