Novi kvantni pojačivač troši 90% manje energije – bez gubitka performansi
Kvantni računari upravo su postali hladniji – i pametniji zahvaljujući inovativnom pojačivaču koji drastično smanjuje potrošnju energije, a da pri tome ne žrtvuje brzinu ni preciznost.
Kvantni skok u efikasnosti
Istraživači sa Tehnološkog univerziteta Chalmers u Švedskoj razvili su ultraefikasan pojačivač koji se uključuje samo kada treba očitati podatke sa kubita – osnovnih jedinica kvantnih računara. Zahvaljujući svom pametnom, impulsnom dizajnu, ovaj pojačivač koristi samo desetinu energije koju troše današnji najbolji modeli. Manje toplote znači manje ometanja kvantnih stanja, što omogućava izgradnju većih, stabilnijih kvantnih sistema.
Zašto su pojačivači ključni za kvantne računare?
Za razliku od klasičnih računara koji koriste bitove (0 ili 1), kvantni računari koriste kubite koji mogu biti istovremeno i 0 i 1 (superpozicija). Ali ta kvantna stanja su izuzetno osetljiva – najmanji elektromagnetni šum ili toplotno zračenje može ih “srušiti”, proces poznat kao dekoherencija. Zato su potrebni vrlo precizni mikrovalni pojačivači koji mogu da “uhvate” i pojačaju izuzetno slabe signale sa kubita – bez dodavanja šuma ili toplote. Međutim, većina današnjih pojačivača stalno radi i greje sistem, što stvara dodatne probleme.
Rešenje iz Chalmersa: Pametan pojačivač na pulsni pogon
Tim iz Chalmersa je razvio pojačivač koji je aktivan samo kada stigne signal sa kubita, a zatim se odmah gasi. Njegov energetski otisak je 10 puta manji od najboljih trenutno dostupnih pojačivača, bez ikakvog kompromisa u kvalitetu pojačanja ili brzini.
“Ovo je najosetljiviji pojačivač koji se danas može napraviti pomoću tranzistora,” kaže Yin Zeng, doktorand i glavni autor studije objavljene u časopisu IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques.
Genetsko programiranje za brzinu i preciznost
Kako bi pojačivač reagovao dovoljno brzo na kvantne impulse, istraživači su koristili genetsko programiranje – vrstu algoritama koji imitiraju evoluciju da bi pronašli optimalno rešenje. Rezultat je pojačivač koji se aktivira u roku od samo 35 nanosekundi.
“Koristili smo genetski algoritam da ubrzamo odziv. Pojačivač se sada uključuje tačno kad treba – i samo tada,” dodaje Zeng.
Značaj za budućnost kvantnih računara
Kako se kvantni računari budu širili i uključivali sve više kubita, potreba za pojačivačima će eksponencijalno rasti. Više pojačivača znači i više toplote, što direktno ugrožava kvantnu stabilnost. Ovaj novi dizajn rešava jedan od ključnih problema skaliranja kvantnih sistema.
“Studija nudi rešenje za buduće širenje kvantnih računara, gde toplota iz pojačivača postaje velika prepreka,” zaključuje profesor Jan Grahn, mentor Zenga.
Zaključak: Hladnije, pametnije, brže kvantne mašine
Ovo je prva uspešna demonstracija impulsnog, niskošumnog pojačivača za kvantna očitavanja koja:
- ne narušava performanse
- značajno smanjuje potrošnju
- omogućava precizno, brzo očitavanje kubita
Ovakve inovacije ne samo da ubrzavaju razvoj kvantnih računara, već i približavaju trenutak kada će oni postati deo svakodnevne primene, od farmacije i AI-ja do šifrovanja i simulacija.
Izvor: Scitechdaily