The high-stakes race to make quantum computers work - Chiara Decaroli

Fordító: Péter Pallós Lektor: Zsuzsa Viola

The contents of this metal cylinder could either revolutionize technology

E fémhenger tartalma vagy forradalmasítja a technológiát,

or be completely useless—

vagy teljesen haszontalan lesz.

it all depends on whether we can harness the strange physics of matter

Minden attól függ, hasznosítjuk-e

at very, very small scales.

a parányi anyagrészecskék fura fizikáját.

To have even a chance of doing so,

Hogy legalább esélyünk legyen rá,

we have to control the environment precisely:

pontosan szabályoznunk kell a környezetét:

the thick tabletop and legs guard against vibrations from footsteps,

a vastag asztallap és asztallábak megóvnak a lépések,

nearby elevators, and opening or closing doors.

a közeli liftek s az ajtónyitások-csukások okozta rezgésektől.

The cylinder is a vacuum chamber,

A henger vákuumkamra,

devoid of all the gases in air.

mentes a levegőben lévő gázoktól.

Inside the vacuum chamber is a smaller,

A vákuumkamra belsejében

nagyon hideg kamra van, amelybe csak vékony lézersugár hatol be.

extremely cold compartment, reachable by tiny laser beams.

Inside are ultra-sensitive particles that make up a quantum computer.

A belsejében érzékeny részecskék vannak, belőlük áll a kvantumszámítógép.

So what makes these particles worth the effort?

Miért éri meg e részecskékkel vesződni?

In theory, quantum computers could outstrip the computational limits

A kvantumszámítógép elméletileg

of classical computers.

felülmúlja a hagyományos számítógépet.

Classical computers process data in the form of bits.

A hagyományos számítógép az adatokat bitek alakjában dolgozza föl.

Each bit can switch between two states labeled zero and one.

Minden bit két állapotban lehet: nulla vagy egy.

A quantum computer uses something called a qubit,

A kvantumszámítógép ún. kvantumbitet vagy qubitet használ,

which can switch between zero, one, and what’s called a superposition.

amely nulla, egyes vagy ún. szuperpozíció állapotot vehet föl.

While the qubit is in its superposition,

Amikor szuperpozícióban van,

it has a lot more information than one or zero.

sokkal több információt tartalmaz, mint az egyes vagy a nulla.

You can think of these positions as points on a sphere:

Úgy képzeljük el őket, mint a gömb egy-egy pontját:

the north and south poles of the sphere represent one and zero.

az északi és déli sark az egyesnek és a nullának felel meg.

A bit can only switch between these two poles,

A bit csak a két sark közt váltakozhat,

but when a qubit is in its superposition,

de mikor a qubit szuperpozícióban van,

it can be at any point on the sphere.

a gömb bármely pontján lehet.

We can’t locate it exactly—

A pontos helyét nem ismerjük,

the moment we read it, the qubit resolves into a zero or a one.

mikor kiolvassuk, a qubit nullává vagy egyessé alakul.

But even though we can’t observe the qubit in its superposition,

Bár nem fülelhetjük le szuperpozícióban,

we can manipulate it to perform particular operations while in this state.

úgy irányíthatjuk, hogy ekkor bizonyos műveleteket végezzen.

So as a problem grows more complicated,

A feladatok bonyolódásával

a classical computer needs correspondingly more bits to solve it,

a megoldáshoz egyre több bit kell a hagyományos számítógépnek,

while a quantum computer will theoretically be able to handle

ám a kvantumgép elméletileg

egyre bonyolultabb feladatokkal is képes megbirkózni,

more and more complicated problems

without requiring as many more qubits as a classical computer would need bits.

anélkül hogy annyival több qubit kellene, mint a hagyományosnak a bitből.

The unique properties of quantum computers

A kvantumgépek tulajdonságai

result from the behavior of atomic and subatomic particles.

az atomi és a szubatomi részecskék viselkedésével magyarázhatók.

These particles have quantum states,

E részecskéknek kvantumállapotuk van,

which correspond to the state of the qubit.

amely a qubit állapotának felel meg.

Quantum states are incredibly fragile,

A kvantumállapot hihetetlenül instabil,

easily destroyed by temperature and pressure fluctuations,

hőmérséklet- és nyomásingadozások,

elektromágneses terek zavarai

stray electromagnetic fields,

és más részecskékkel való ütközés könnyen tönkreteszik.

and collisions with nearby particles.

That’s why quantum computers need such an elaborate set up.

Ezért kell ennyire precíz berendezés.

It’s also why, for now,

Ezért a kvantumgépek teljesítménye

the power of quantum computers remains largely theoretical.

egyelőre elméleti.

So far, we can only control a few qubits in the same place at the same time.

Ezidáig csak pár qubitet tudunk egyidejűleg egy helyen irányítani.

There are two key components involved

A szeszélyes kvantumállapot hatékony irányításának

in managing these fickle quantum states effectively:

két fő összetevője van:

the types of particles a quantum computer uses,

a kvantumgép által használt részecskék fajtája

and how it manipulates those particles.

és a részecskék kezelési módja.

For now, there are two leading approaches:

Egyelőre két fő módszer ismeretes:

trapped ions and superconducting qubits.

az ioncsapdás és a szupravezető qubitek.

A trapped ion quantum computer uses ions as its particles

Az ioncsapdás kvantumgép ionokat használ részecskeként,

and manipulates them with lasers.

és lézerrel irányítja őket.

The ions are housed in a trap made of electrical fields.

Az ionok villamos tér keltette csapdába kerülnek.

Inputs from the lasers tell the ions what operation to make

A lézerbemenet adja meg az ionoknak, milyen műveletet hajtsanak végre azáltal,

by causing the qubit state to rotate on the sphere.

hogy a qubitállapot forgását okozzák a gömbön.

To use a simplified example,

Egyszerű példával élve,

the lasers could input the question:

a lézer fölteheti a kérdést:

what are the prime factors of 15?

mik a 15 törzstényezői?

In response, the ions may release photons—

Az ionok válaszul fotonokat bocsátanak ki.

the state of the qubit determines whether the ion emits photons

A qubit állapotától függ, hogy az ion kibocsát-e fotonokat,

and how many photons it emits.

és hány fotont bocsát ki.

An imaging system collects these photons and processes them to reveal the answer:

A képalkotó rendszer begyűjti a fotonokat, feldolgozva őket kiadja a választ:

3 and 5.

a három és az öt.

Superconducting qubit quantum computers do the same thing in a different way:

A szupravezető qubites gépek ugyanezt másként oldják meg:

using a chip with electrical circuits instead of an ion trap.

villamos áramkör csipjét használják ioncsapda helyett.

The states of each electrical circuit translate to the state of the qubit.

Az egyes áramkörök állapotát a csipek qubitállapotra fordítják le.

They can be manipulated with electrical inputs in the form of microwaves.

Mikrohullámú bemeneti jelekkel szabályozhatók.

So: the qubits come from either ions or electrical circuits,

Tehát a qubitek ionokból vagy villamos áramkörökből keletkeznek,

acted on by either lasers or microwaves.

lézerek vagy mikrohullámok révén.

Each approach has advantages and disadvantages.

Mindkét módszernek vannak előnyös és hátrányos oldalai.

Ions can be manipulated very precisely,

Az ionok nagyon pontosan irányíthatók,

and they last a long time,

és soká fönnmaradnak,

but as more ions are added to a trap,

de minél több ion kerül a csapdába,

it becomes increasingly difficult to control each with precision.

annál nehezebb egyenként szabályozni őket.

We can’t currently contain enough ions in a trap to make advanced computations,

A bonyolultabb számításokhoz egyelőre nem tarthatunk elég iont a csapdában,

but one possible solution might be to connect many smaller traps

de van megoldás, amely összeköthet sok apróbb csapdát,

that communicate with each other via photons

amelyek fotonokon keresztül kommunikálhatnak egymással,

rather than trying to create one big trap.

nem pedig egy csapda létrehozása révén.

Superconducting circuits, meanwhile, make operations much faster than trapped ions,

A szupravezető áramkörökkel gyorsabban végezhetők műveletek, mint ioncsapdával,

and it’s easier to scale up the number of circuits in a computer

és könnyebb a számítógépes áramkörök számát növelni,

than the number of ions.

mint az ionokét.

But the circuits are also more fragile,

De az áramkörök instabilabbak,

and have a shorter overall lifespan.

és élettartamuk rövidebb.

And as quantum computers advance,

Bár a kvantumgépek fejlődnek,

they will still be subject to the environmental constraints

továbbra is ki vannak téve

a kvantumállapot fenntartásához szükséges környezeti korlátoknak.

needed to preserve quantum states.

But in spite of all these obstacles,

Ám minden nehézség ellenére

már sikerült számításokat végeznünk abban a világban,

we’ve already succeeded at making computations

in a realm we can’t enter or even observe.

amelybe nem léphetünk be, és még csak meg sem figyelhetünk.