Riječ je o optičkom čipu koji troši 80 puta manje energije i mogao bi predstavljati budućnost kvantnih računala. U posljednjih nekoliko godina, kvantno računarstvo prešlo je put od teorijske zanimljivosti do obećavajuće tehnologije s potencijalnim primjenama u raznim ključnim sektorima:
- Kriptografija i sigurnost podataka.
- Umjetna inteligencija i strojno učenje.
- Otkrivanje novih lijekova i farmaceutska istraživanja.
- Simulacija materijala na molekularnoj razini.
Međutim, jedna od najvećih prepreka u pretvaranju kvantnih računala u praktične alate bila je skalabilnost: kako prijeći s eksperimentalnih prototipova koji sadrže nekoliko desetaka kubita na strojeve koji sadrže tisuće ili milijune kubita. Nedavni napredak približava nas tom cilju. Radi se o ultrakompaktnom optičkom modulatoru dizajniranom za kontrolu svjetlosti s izvanrednom preciznošću, a sve to unutar čipa proizvedenog istim tehnikama koje se koriste za proizvodnju običnih mikročipova.
Prevladavanje energetskih ograničenja
Često razvoj kvantne tehnologije zahtijeva korištenje velikih, skupih uređaja s visokom potražnjom za energijom, što ograničava njihovu primjenu na visoko specijalizirane laboratorije. Nova tehnologija, koju su razvili Jake Freedman i Matt Eichenfield u suradnji sa Sandia National Laboratories, predlaže radikalnu alternativu.
Tim je stvorio optički modulator koji je gotovo 100 puta tanji od ljudske vlasi i troši 80 puta manje mikrovalne energije od mnogih modulatora trenutno dostupnih na tržištu. Istovremeno, ovaj uređaj precizno kontrolira fazu laserske zrake, što je neophodno za manipulaciju kvantima temeljenim na svjetlosti ili zarobljenim atomima.
Kako funkcionira ovaj „kontroler ritma”?
Pojednostavljeno rečeno, modulator djeluje kao „kontroler ritma” za svjetlost: prilagođava fazu svjetlosnih impulsa s izvanrednom točnošću i generira nove frekvencije svjetlosti koje služe za usmjeravanje kvantnih operacija. Ova vrsta kontrole posebno je bitna u arhitekturama koje koriste:
- Neutralne atome.
- Zarobljene ione.
U takvim sustavima svaki kubit zahtijeva vrlo precizno usmjeravanje laserskim svjetlom, što je do sada bilo moguće samo uz korištenje velikih i složenih uređaja.
Revolucija u proizvodnji: CMOS tehnologija
Najrevolucionarniji element ovog pristupa nije samo njegova veličina, već i način izrade. Uređaj koristi vibracije mikrovalne frekvencije, koje osciliraju milijarde puta u sekundi, za manipulaciju svjetlom. Ono što je ključno jest da to radi u CMOS tehnologiji – istoj onoj koja se koristi za proizvodnju procesora i čipova koji se nalaze u računalima, telefonima ili automobilima.
„Tehnologija CMOS je najskalabilnija tehnologija koju su ljudi izumili”, primjećuje Eichenfield. „Zbog toga ćemo u budućnosti moći proizvoditi tisuće, pa čak i milijune identičnih verzija naših fotoničkih uređaja, a upravo je to ono što će kvantno računarstvo trebati.”
Put prema praktičnom kvantnom računalu
Ovo ima ogroman značaj. Umjesto oslanjanja na nestandardne, glomazne i skupe sustave, modulatori bi mogli biti integrirani u fotoničke krugove velikih razmjera zajedno s drugim optičkim komponentama, poput filtera ili generatora impulsa, a svi bi se proizvodili standardnim poluvodičkim procesima. Cilj je, prema Freedmanovim riječima, „približavanje istinski skalabilnoj fotoničkoj platformi sposobnoj za kontrolu vrlo velikog broja kubita”.
Nadalje, energetska učinkovitost i mogućnost integracije mnogih takvih modulatora u jedan čip otvaraju vrata ne samo većim kvantnim računalima, već i naprednim kvantnim mrežama, sustavima kvantne komunikacije i visokopreciznim senzorima. U širem smislu, ova inovacija predstavlja korak prema onome što su neki nazvali sljedećom fotoničkom revolucijom, sličnoj onoj koju je u 20. stoljeću izazvao tranzistor u elektronici.
Konačno, dok su velika kvantna računala još uvijek u fazi izgradnje, napredak poput ovog ultrakompaktnog optičkog modulatora sugerira da „kvantna tehnologija” neće biti samo skup izoliranih laboratorija, već ekosustav skalabilnih i proizvodivih uređaja koji mogu premjestiti kvantne izračune u opipljiviju i dostupniju budućnost.
