A kvantum már nem fagyos: UCLA bemutatja a szobahőmérsékletű gépet

A UCLA és a UC Riverside kutatói olyan úttörő számítástechnikai rendszert fejlesztettek ki, amely kvantumoszcillátorok segítségével képes komplex optimalizációs problémák megoldására szobahőmérsékleten. Ez éles eltérést jelent a hagyományos kvantumszámítógépektől, amelyek működéséhez extrém hűtés szükséges.

A kutatás eredményeit a Physical Review Applied folyóiratban tették közzé. Az új módszer megmutatja, hogyan képesek speciálisan tervezett anyagok természetes úton közelíteni optimális megoldásokhoz olyan területeken, mint a távközlés, az ütemezés vagy a logisztika.

Hogyan működik a rendszer?

Az új architektúra az úgynevezett Ising-gépek egy új osztályát képviseli. Ezek a gépek a tantál-szulfid – egy töltéssűrűséghullám-anyag – különleges fizikai tulajdonságait használják ki, hogy kvantummechanikai folyamatokon keresztül végezzenek számításokat, ahelyett, hogy digitális algoritmusokra támaszkodnának.

Míg a hagyományos kvantumszámítógépek csak az abszolút nulla közelében képesek fenntartani a kvantum-koherenciát, az új rendszer környezeti hőmérsékleten is működik. A számítási folyamat az oszcillátorhálózatok szinkronizációjára épül: amikor az oszcillátorok összehangolják frekvenciáikat, azok a vizsgált matematikai problémák optimális megoldásait jelenítik meg.

„A mi megközelítésünk a fizika által inspirált számítástechnika, amely nemrégiben ígéretes módszerként jelent meg összetett optimalizációs problémák megoldására”

– mondta Alexander Balandin, a tanulmány levelező szerzője és a UCLA Samueli Mérnöki Iskola professzora.
„Ez a számítási műveleteket közvetlenül fizikai folyamatok útján, egy erősen korrelált elektron–fonon kondenzátum jelenségét kihasználva végzi, így nagyobb energiahatékonyságot és sebességet biztosít.”

A prototípus eszközöket a UCLA nanogyártási létesítményeiben állították elő, és sikeresen demonstrálták, hogy az oszcillátorok természetes módon képesek szinkron állapotba kerülni, amely a vizsgált problémák optimális megoldásait adja.

Energiahatékonyság és ipari integráció

A technológia válasz a mesterséges intelligencia és a nagy teljesítményű számítástechnika egyre növekvő energiaigényére. Az anyag belső kvantum tulajdonságainak kihasználásával a rendszer kiküszöböli azokat az energiaigényes lépéseket, amelyek a klasszikus számítógépekben szükségesek.

Fontos előny, hogy a tantál-szulfid alapú eszközök integrálhatók a szilícium-alapú félvezető technológiába, lehetővé téve olyan hibrid architektúrák létrehozását, amelyek ötvözik a klasszikus és kvantumihletésű számítást.

„Bármilyen új, fizikaalapú hardvert a szabványos digitális szilícium CMOS technológiával kell integrálni ahhoz, hogy hatással legyen az adatfeldolgozó rendszerekre”

– hangsúlyozta Balandin, utalva a gyártástechnológiai kompatibilitásra.

A kutatás az Office of Naval Research és az Army Research Office támogatásával valósult meg, mivel a védelmi és nemzetbiztonsági ügynökségek kiemelten keresik az energiatakarékos számítástechnikai megoldásokat.

Következő lépések

A kutatócsoport tervezi a rendszer koherenciaidejének növelését, valamint az oszcillátorhálózatok méretezését, hogy egyre nagyobb és bonyolultabb optimalizációs problémákat lehessen kezelni. Az ipari alkalmazási lehetőségek a telekommunikációtól kezdve a logisztikán át a mesterséges intelligencia rendszerekig számos területen megnyílhatnak.

(Nethuszár)