O echipă internațională de oameni de știință a prezentat în premieră un proiect pentru construcția primului calculator cuantic care va revoluționa tehnologia de calcul și va putea rezolva probleme complexe și misterele Universului - genul de probleme pentru care cele mai puternice calculatoare din prezent ar avea nevoie de milioane sau chiar miliarde de ani pentru a le rezolva, informează miercuri AFP.

Se știe de mai mult timp că un astfel de sistem de calcul cuantic are potențialul nelimitat de a revoluționa informatica, știința dar și economia la o scară comparabilă cu cea a invenției primelor calculatoare în anii '40 ai secolului trecut, conform unui material prin care este anunțat proiectul de construcție a unui calculator cuantic ce a fost publicat în ultimul număr al revistei americane Science Advances.

Coordonatorul acestui proiect, Winfried Hensinger, profesor la Universitatea din Sussex, Regatul Unit, a subliniat faptul că de această dată este vorba chiar de asamblarea unui astfel de calculator funcțional și nu de un alt studiu academic despre potențialul unei astfel de mașinării.

Pentru a construi un astfel de calculator, cercetătorii vor apela la microunde pentru a controla atomii individuali. "Folosim noi concepte ce pot simplifica enorm de mult construcția unui calculator cuantic", a precizat Winfried Hensinger, care este și directorul Grupului Ion Quantum Technology de la Universitatea din Sussex.

Echipa de cercetători va construi în doi ani un mic prototip al calculatorului cuantic ce va integra toate tehnologiile existente necesare pentru a putea valida conceptul. Într-o epocă în care calculatoarele pe baza pastilei de siliciu au devenit suficient de mici pentru a încăpea în orice buzunar și practic orice telefon mobil este un computer de câteva ori mai puternic decât cele mai puternice calculatoare de la începutul secolului XXI, echipa lui Winfried Hensinger propune revenirea la computerele în format "maxi" ale începuturilor informaticii, cu un calculator cuantic ce va ocupa, probabil, un întreg imobil mare.

Enorma mașinărie cuantică va fi dotată cu un sistem sofisticat de vid și cu module cu cipuri cuantice de siliciu ce vor conține particule excitate în câmpuri electrice. Un astfel de calculator se va baza pe proprietățile cuantice ale materiei, conform cărora o particulă elementară poate avea diferite stări în mod simultan, trecând de la una la alta prin salt și nu în mod continuu. Aceste caracteristici oferă un potențial de calcul exponențial superior celui al calculatoarelor actuale care utilizează sistemul binar de 0 sau 1. Un calculator cuantic este un calculator a cărui funcționare se bazează pe fenomenele cuantice de superpoziție și "entanglement" (inseparabilitate cuantică) și folosește "qubiți" în locul biților clasici de informație. În vreme ce biții pot fi 1 sau 0, un qubit poate fi 1, 0, sau oricare superpoziție cuantică a acestora, fapt care permite în mod automat efectuarea unui număr exponențial mai mare de calcule într-un interval de timp exponențial mai scurt.

Qubiții pot face acest lucru pentru că mecanica cuantică permite superpozițiile diferitelor stări — o particulă cuantică nu se află cu adevărat în niciuna dintre stările sale posibile până când este observată, adică până când nu interacționează cu lumea înconjurătoare într-un mod cuantificabil, conform explicațiilor publicate într-un articol pe această temă de Live Science. Superpoziția nu înseamnă că particula se află pur și simplu într-o stare nevăzută ci că poate exista în două stări simultan (nu 0 sau 1 ci și 0 și 1).

Superpoziția, care face ca mașinile cuantice de calcul să fie atât de performante, le face să fie și extraordinar de greu de construit. Ionii aflați în stare de superpoziție trebuie să fie perfect izolați de mediul înconjurător pentru a nu-și pierde această calitate cuantică. Chiar și puțină căldură degajată din apropiere poate duce la "prăbușirea" ionilor din starea cuantică de superpoziție într-una din stările potențiale și atunci supercapacitățile de calcul ale unui computer cuantic sunt practic înjumătățite.

Diferitele părți integrate sau interfețe ale viitorului calculator cuantic vor fi interconectate prin câmpuri electrice și nu prin cabluri și mufe ca la calculatoarele din prezent. Această nouă abordare permite o circulație de 100.000 de ori mai rapidă a particulelor cu sarcină electrică între diferitele interfețe ale mașinăriei.

În noua arhitectură, fiecare conexiune este compusă din patru electrozi care se întâlnesc formând "o intersecție". Pe sub electrozi trec conductori ce transportă curent pentru a genera un câmp magnetic. Acest câmp magnetic controlează mișcarea ionilor care conțin date și care se deplasează dinspre zona în care primesc respectivele date, de pe un electrod, până se întâlnesc cu un alt ion în zona de "entanglement" de pe electrodul opus, conform lui Hensinger.

Microundele sunt direcționate către cei doi ioni în momentul întâlnirii lor, ei devenind astfel "entangled" sau inseparabili cuantic. Acest lucru înseamnă că orice se va întâmpla cu unul dintre ioni, se va reflecta instantaneu în celălalt ion. În această etapă ionii primesc valoarea de 1 sau 0, valoarea exactă pe care o primesc rămânând însă necunoscută. Prin modificarea din nou a câmpului magnetic, ionul care a primit o astfel de valoare și a devenit astfel "purtător de date" se întoarce la "intersecția" dintre electrozi de unde pornește spre cel de-al treilea electrod, în așa-numita zonă de detecție unde o undă laser lovește ionul și-i identifică starea — dacă este 1 sau 0.

Un astfel de calculator poate realiza un calcul factorial al unui număr cu 614 cifre în 110 zile, conform oamenilor de știință implicați în proiect — adică poate înmulți numărul respectiv cu toate numerele naturale mai mici decât el, mai puțin 0 (spre exemplu 4 factorial este 4x3x2x1=24 în timp ce 15 factorial este 15x14x13...x1=1.307.674.368.000 — pentru a ne da seama de cat de rapid crește valoare acestor rezultate). Astfel de numere uriașe sunt folosite în procese de criptare. Pentru a ne face o idee despre ce înseamnă acest lucru, DigiCert, o companie americană care oferă certificate digitale pentru comunicații securizate obișnuite, explică faptul că, dacă 1.000 de sisteme desktop cu performanțele din prezent ar fi început să factorieze un număr cu 614 cifre în momentul nașterii Universului, acum aproximativ 13,7 miliarde de ani, nu ar fi terminat până acum acest calcul.

Acest proiect se înscrie în cadrul unui program al Guvernului britanic pentru dezvoltarea tehnologiilor cuantice cu obiectivul de a permite exploatarea lor industrială. La acest proiect participă echipe de cercetători de la Universitatea din Sussex care colaborează cu experți de la Google, de la Universitatea daneză Aarhus, de la Institutul de cercetare nipon RIKEN și de la Universitatea germană Siegen. Startul acestui proiect a fost făcut public în speranța că și alte minți strălucite din domeniul informaticii și electronicii se vor alătura pentru a contribui la nașterea primului calculator cuantic.

"Acest proiect reprezintă un pas important spre construcția unui prim calculator cuantic, însă drumul care trebuie parcurs până când vom putea folosi un astfel de sistem de calcul este încă lung", susține Toby Cubitt, membru al Royal Society Research asupra teoriei cuantice a informației de la University College din Londra, care nu participă la acest proiect.