ავსტრალიელმა მეცნიერებმა მსოფლიოში პირველი კვანტური კომპიუტერული წრედი შექმნეს, რომელიც კლასიკური კომპიუტერის ჩიპის ყველა აუცილებელ კომპონენტს შეიცავს, თუმცა კვანტური მასშტაბით. ეს პროცესი კი 9 წლის მანძილზე გრძელდებოდა.
„ეს ჩემს კარიერაში ყველაზე ამაღელვებელი აღმოჩენაა“, — ამბობს მიშელ სიმონსი, კვანტური ფიზიკოსი.
სიმონსმა და მისმა გუნდმა არა მხოლოდ შექმნეს ის, რაც ფუნქციონალური კვანტური პროცესორია, არამედ იგი პატარა მოლეკულის მოდელირებით წარმატებითაც გამოცადეს. მასში არსებულ თითოეულ ატომს მრავალი კვანტური მდგომარეობა აქვს, რის მისაღწევადაც ტრადიციული კომპიუტერები ისწრაფვის.
ეს ყოველივე კი იმაზე მეტყველებს, რომ ჩვენ ახლა ერთი ნაბიჯით მივუახლოვდით კვანტური გამოთვლების ძალას, რათა მეტი გავიგოთ ჩვენს გარშემო არსებულ სამყაროზე, თუნდაც, ყველაზე მცირე მასშტაბით.
„1950-იან წლებში რიჩარდ ფეინმანმა თქვა, რომ ჩვენ ვერასოდეს გავიგებთ, როგორ მუშაობს სამყარო, როგორ მუშაობს ბუნება, თუ მის შექმნას იმავე მასშტაბით არ დავიწყებთ. ხოლო თუ მასალების გაგებას ამ დონეზე შევძლებთ, ისეთი რამის შექმნასაც მოვახერხებთ, რაც აქამდე არავის გაუკეთებია. აქ კი ჩნდება კითხვა, როგორ გავაკონტროლებთ ბუნებას ამ დონეზე?“, — ამბობს სიმონსი.
საინტერესოა ისიც, რომ ეს უახლესი გამოგონება გუნდის მიერ 2012 წელს პირველი კვანტური ტრანზისტორის შექმნას მოჰყვა. კვანტურ გამოთვლებში ამ ნახტომის გასაკეთებლად კი მეცნიერებმა სკანირების მიკროსკოპი მაღალ ვაკუუმში გამოიყენეს, რათა კვანტური წერტილები ქვენანომეტრის სიზუსტით მოეთავსებინათ. ეს განლაგება ზუსტიც უნდა ყოფილიყო, რათა წრედს მისი მიბაძვა შესძლებოდა.
ხოლო ყველაზე რთული ნაწილი იმის გარკვევა იყო, თუ რამდენი ფოსფორის ატომი უნდა ყოფილიყო თითოეულ კვანტურ წერტილში და რა მანძილით უნდა დაშორებოდა წერტილები ერთმანეთს. ამის შემდეგ კი იმ მოწყობილობის შექმნა, რომელიც ამ წერტილებს სილიკონის ჩიპზე სწორად მოათავსებდა.
მკვლევრების თქმით, თუ კვანტური წერტილები ძალიან დიდია, მათ შორის ურთიერთქმედება „დამოუკიდებელი კონტროლისთვის ზედმეტად დიდი ხდება“. ხოლო თუ წერტილები პატარა ზომისაა, აქ საქმე შემთხვევითობასთან გვაქვს, რადგან ფოსფორის თითოეულ დამატებით ატომს იმ ენერგიის რაოდენობის ცვლილება შეუძლია, რომელიც წერტილისთვის კიდევ ერთი ელექტრონის დასამატებლად არის საჭირო. საბოლოოდ, კვანტური ჩიპი 10 კვანტურ წერტილს შეიცავდა, თითოეული კი მცირე რაოდენობის ფოსფორის ატომისგან შედგებოდა.
ნახშირბადის ორმაგი ბმები კი კვანტურ წერტილებს შორის ნაკლები მანძილის დაყენებით იყო სიმულირებული. რაც შეეხება პოლიაცეტილენს, მას შეეძლო დაემტკიცებინა, მოლეკულაში სწორად ახდენს თუ არა კომპიუტერი ელექტრონების მოძრაობის სიმულაციას.
კვანტური კომპიუტერები იმისათვისაა საჭირო, რომ კლასიკურ კომპიუტერებს დიდი მოლეკულების მოდელირება არ შეუძლია. მაგალითად, პენიცილინის მოლეკულის 41 ატომით სიმულაციის შესაქმნელად, კლასიკურ კომპიუტერს 1086 ტრანზისტორი დასჭირდება. კვანტური კომპიუტერისთვის კი მხოლოდ 286 კვანტური ბიტის მქონე პროცესორია საჭირო.
კვანტური გამოთვლები ხელოვნური ფოტოსინთეზის შესასწავლადაც შეიძლება გამოიყენონ და იმის გასაგებად, თუ როგორ გარდაიქმნება სინათლე რეაქციების ორგანული ჯაჭვის მეშვეობით ქიმიურ ენერგიად. ამასთან, კონკრეტული აღმოჩენა ერთ მნიშვნელოვან პრობლემასაც გადაჭრის, ეს სასუქების შექმნაა, რითაც ბევრი ფული და ენერგიაც კი შეიძლება დაიზოგოს… ხოლო იმის გამო, რომ მეცნიერებმა ჯერ არ იციან, როგორ ფუნქციონირებს მოლეკულები ატომური მასშტაბით, ახალი მასალების შესაქმნელად ჯერ კიდევ ბევრი მუშაობაა საჭირო.
