როგორც ვიცით კლასიკური კომპიუტერი მუშაობს ორობით სისტემაში, რაც იმას ნიშნავს რომ იგი ნებისმიერ ინფორმაციას, ინახავს 0-სა და 1-ის გამოყენებით. თანამედროვე კომპიუტერების პროცესორებში ჩაშენებულია დაახლოებით 10 მილიარდი ტრანზისტორი. თითოეული ტრანზისტორის შემთხვევაში, მასზე თუ ძაბვა არის მოდებული ვღებულობთ მდგომარეობას "1", ხოლო თუ ძაბვა ნულის ტოლია, მდგომარეობას "0". ბუნებრივია, რომ ამგვარად მოწყობილი სისტემაში თითოეული ტრანზისტორის მდგომარეობა არა ალბათურია. სისტემის (ტრანზისტორის) გადასვლას ერთი მდგომარეობიდან მეორეში გარკვეულ დრო სჭირდება, გამოთვლების სისწრაფე კი მით მეტი იქნება, რაც უფრო მცირე იქნება ეს დრო.

თუ კლასიკური ბიტის ნაცვლად გამოვიყენებთ ე. წ. კვანტურ ბიტს (Qbit), ინფორმაციის შენახვისა და დამუშავების პროცესი თვისობრივად იცვლება, ვინაიდან ამ შემთხვევაში ინფორმაციის შენახვა მოხდება არა განსაზღვრულ მდგომარეობაში "0" ან "1", არამედ სისტემა იქნება ამ ორი მდგომარეობის "სუპერპოზიციაში", საიდანაც მისი "კოლაფსი" ერთ მდგომარეობაზე გაცილებით ნაკლებ დროს მოითხოვს, ვიდრე კლასიკური ბიტის შემთხვევაში.

იმისათვის რომ კლასიკური ბიტი ჩავანაცვლოთ კუბიტით, გვესაჭიროება კვანტური ობიექტი, რომელიც ბინარული მდგომარეობით შეიძლება დახასიათდეს. ასეთ ობიექტს კი ნაწილაკის სპინი წარმოადგენს.

კლასიკური ბიტიდან კუბიტზე გადასვლას, თან ახლავს დიდი სირთულე. კერძოდ: კლასიკური ბიტის შემთხვევაში თუ გვაქვს ტრანზისტორი რომელიმე მდგომარეობაში, ამ მდგომარეობის შესაცვლელად საჭიროა მასზე მოდებული ძაბვა შეიცვალოს, ხოლო კუბიტის შემთხვევაში, რადგანაც იგი იმყოფება ორი მდგომარეობის სუპერპოზიციაში, სისტემის მცირე "შეშფოთება" საკმარისია არაპროგნოზირებადი კოლაფსისთვის, ხოლო უკონტროლო "კოლაფსი" გამოიწვევს ხარვეზებს კვანტური კომპიუტერის მუშაობის პროცესში.

ზემოხსენებული ხარვეზის თავიდან ასაცილებლად საჭიროა კუბიტების "იზოლირება" გარემოსაგან. რაც გარემოს ტემპერატურის აბსოლუტურ ნულთან მიახლოებასაც გულისხმობ (ტემპერატურის რიგი მილი-კელვინებია).

ისეთი გიგანტი კომპანიები როგორიცაა: Google, IBM, PsiQuantum და ა. შ., ხარჯავენ საკმაოდ დიდი რესურსებს, რათა შექმნან ისეთი გაგრილების სისტემით, რომლითაც ტემპერატურა მაქსიმალურად მიუახლოვდება აბსოლუტურ ნულს. აქვე უნდა აღინიშნოს, რომ რაც მეტად ვუახლოვდებით აბსოლუტურ ნულს, ტემპერატურის შემდგომი შემცირება უფრო რთულდება. ამიტომ თუ კვანტური კომპიუტერის ფუნქციონირება, თუნდაც ძალიან მცირედით მეტ ტემპერატურაზე გახდება შესაძლებელი, მნიშვნელოვნად დაჩქარდება კვანტური კომპიუტერების ინდუსტრიის განვითარება.

აქამდე არსებული ცოდნის თანახმად, კვანტური კომპიუტერის ტემპერატურა მილი-კელვინების რიგის უნდა იყო. მაგრამ 2024 წლის 27 მარტს Nature-ში გამოქვეყნდა მკვლევარების საერთაშორისო ჯგუფის სტატია, სადაც ნაჩვენებია, რომ მათ შეძლეს ლითოგრაფიული მეთოდით სილიკონში კვანტური წერტილების შექმნა სადაც შესაძლებელია სპინ კუბიტებს მართვა 1 K-ზე მეტ ტემპერატურაზე. ეს საშუალებას იძლევა გადაილახოს ფუნდამენტური შეზღუდვა, რომ გარემოს თერმული ენერგია უნდა იყოს კუბიტის ენერგიებზე ბევრად დაბალი, რაც მნიშვნელოვანი მიღწევაა კვანტური გამოთვლების გზაზე.

კვანტური წერტილი არის გამტარის ან ნახევარგამტარის ფრაგმენტი (მაგალითად, InGaAs, CdSe, CdS ან GaInP/InP), რომლის მუხტის მატარებლები (ელექტრონები ან ხვრელები) ჩაჭერილია პატარა რადიუსში. კვანტური წერტილის ზომა საკმარისად მცირე უნდა იყოს, რომ კვანტური ეფექტები იყოს მნიშვნელოვანი.

კვანტური კომპიუტერის გამართული ფუნქციონირებისათვის საჭიროა კუბიტების "მართვა". მართვის პროცესში ხდება ურთიერთქმედება კუბიტსა და სამართავ ხელსაწყოს შორის, რაც თავის მხრივ ზრდის სისტემის ტემპერატურას. მოცემული პრობლემის გადაწყვეტის მიზნით საჭიროა რომ "კონტროლის სისტემა" მოთავსდეს იგივე ჩიპზე კუბიტთან ერთად, როგორც კვანტური სისტემის შემადგენელი ნაწილი, რასაც კლასიკური სადენებით დაკავშირებისაგან განსხვავებით, გაცილებით მეტი სიმძლავრე დასჭირდება.

მიუხედავად იმისა რომ ახალი ტიპის კუბიტების დანერგვით გაცილებით გამარტივდება კვანტური კომპიუტერის მუშაობისათვის საჭირო ტემპერატურის მიღწევა, ასეთ კუბიტებს ახალი გამოწვევებიც შემოაქვს. კერძოდ: ტემპერატურის მატებასთან ერთად იზრდება გაზომვის ცდომილება რის გამოც ჩნდება ახალი გამოწვევები შეცდომების შესწორების (error correction and control) საკითხებში.

დასასრულს შეგვიძლია ვთქვათ რომ მოცემული სიახლე შესაძლოა კვანტური კომპიუტერების განვითარების გზაზე გარდამტეხი აღმოჩნდეს, მაგრამ ჯერჯერობით საჭიროა გადაილახოს ის სირთულეები რაც ასეთი ტიპის კუბიტის შემოტანას ახლავს.

წყარო:

https://phys.org/news/2024-03-quantum-hotter-degree-absolute.html