Polska buduje pierwszy komputer kwantowy – WAT na czele przełomowego projektu
Polska rozwija badania nad technologią kwantową i podejmuje pierwsze kroki w budowie własnego komputera kwantowego. Kluczową rolę w tym projekcie odgrywa Wojskowa Akademia Techniczna (WAT), która opracowuje system optoelektroniczny dla układu bazującego na jonach wapnia uwięzionych w pułapce próżniowej. Prace prowadzone są w ramach konsorcjum badawczego kierowanego przez Politechnikę Warszawską, a uczestniczą w nich także: Wojskowy Instytut Techniki Uzbrojenia, Politechnika Śląska oraz firma Sonovera R&D. Dzięki wysiłkom naukowców udało się stworzyć stabilny rejestr kwantowy, co stanowi istotny krok w rozwoju tej technologii.
WAT odpowiada za opracowanie systemu optoelektronicznego umożliwiającego precyzyjną kontrolę nad pułapką jonową. Jak wyjaśnia prof. Marek Życzkowski, optoelektronika jest kluczowym elementem zarządzania stanami kwantowymi jonów, które muszą być utrzymywane w ekstremalnych warunkach próżniowych. Stabilizacja kwantowego rejestru przy użyciu specjalistycznych laserów pozwala na precyzyjne sterowanie i manipulowanie kubitami, co ma fundamentalne znaczenie dla funkcjonowania komputera kwantowego.
- Nad własnym komputerem kwantowym pracuje wiele zespołów badawczych na świecie. W badaniach tych wykorzystywane są różne technologie. Komputery kwantowe oparte o technologie nadprzewodzące mają swoje ograniczenia – przede wszystkim mają bardzo krótki czas życia stanów kwantowych. Dlatego część świata naukowego próbuje znaleźć rozwiązanie tego problemu, stosując pułapki jonowe. Jest to układ o wysokiej próżni, w którym znajduje się pułapka magnetyczna. W pewnym obszarze próżni wyłapuje ona jony i ustawia w charakterystycznym, liniowym, rozłożeniu. Decydującą rolę w przygotowaniu i dalszym operowaniu jonami odgrywa optoelektronika – tłumaczy prof. Marek Życzkowski.
Testy przeprowadzone w laboratoriach CEZAMAT Politechniki Warszawskiej potwierdziły skuteczność rozwiązania opracowanego przez WAT. Badacze podkreślają, że technologie nadprzewodzące, stosowane w dotychczasowych komputerach kwantowych, mają swoje ograniczenia – przede wszystkim krótki czas życia stanów kwantowych. Z tego powodu alternatywne podejście oparte na pułapkach jonowych może stanowić klucz do dalszego rozwoju technologii kwantowej.
Pułapki jonowe – stabilna alternatywa dla nadprzewodników
Tradycyjne komputery kwantowe oparte na nadprzewodnikach mają krótki czas życia stanów kwantowych, co utrudnia ich zastosowanie w rzeczywistych warunkach. Alternatywą są pułapki jonowe, które pozwalają na wydłużenie czasu koherencji kubitów, co zwiększa efektywność obliczeń kwantowych. W pułapce jonowej jony są uwięzione w wysokiej próżni i kontrolowane za pomocą precyzyjnie dostrojonych laserów. Umożliwia to ich stabilne funkcjonowanie przez długi czas.
Prof. Życzkowski podkreśla, że opracowanie własnego systemu sterowania komputerem kwantowym to istotna przewaga strategiczna. Wiedzy i doświadczenia nie da się kupić – wymagają lat badań i praktyki. Polska, rozwijając własne technologie, uniezależnia się od zagranicznych dostawców i buduje kompetencje kluczowe dla przyszłości cyfrowej gospodarki.
- Zdolności do organizacji komputerów kwantowych na pułapkach jonowych są niesprzedawalne. Można sobie kupić kompletne fragmenty rozwiązań, ale do pewnych etapów wiedzy i umiejętności, do których eksperci zagraniczni dochodzili przez ostatnie 20 lat, nie uzyska się dostępu. Tylko własną praktyką można wypracować to, że infrastruktura komputera kwantowego końcowo zadziała. Dlatego w Polsce budujemy od podstaw, wszystko – od zestawienia elektroniki, za co odpowiada Politechnika Warszawska, doświadczona w ewaluacji takich układów na potrzeby laboratoriów światowych, po kwestie optoelektroniczne, za które odpowiada Wojskowa Akademia Techniczna – mówi optoelektronik.
Optoelektronika na czele technologii kwantowej
W ramach projektu naukowcy z WAT opracowali zaawansowany system optoelektroniczny, który umożliwia manipulację kwantowymi kubitami. Proces obejmuje laserowe uwalnianie atomów wapnia, ich selekcję oraz fotojonizację. Kolejnym krokiem jest chłodzenie jonów metodą Dopplera oraz precyzyjne sterowanie ich stanami kwantowymi za pomocą optycznych detektorów.
Przeprowadzone testy potwierdziły, że Polska dysponuje już infrastrukturą zdolną do przeprowadzania obliczeń kwantowych. Kolejnym wyzwaniem dla naukowców jest rozwój oprogramowania, które będzie optymalnie wykorzystywać możliwości systemu kwantowego oraz przygotowanie go do zastosowań wojskowych i naukowych.
- Przez organizację komputera kwantowego należy rozumieć wykonanie takich operacji, żeby jony złapane w pułapkę mogły być w stanach kwantowych. Musimy być tego pewni, żeby zacząć operacje logiczne na owych stanach kwantowych. Dziś już możemy powiedzieć, że infrastruktura działa prawidłowo, a ludzie, którzy na tej infrastrukturze pracują, wiedzą, co robią, bo w pełni ją rozumieją – dodaje prof. Marek Życzkowski.
Zapraszamy na TEK.day Wrocław, 6 marca 2025. Zapisz się tutaj!
