2016-ban szupervezetőkön és szuperfolyadékokon végzett munkájukért az Egyesült Államokban dolgozó három brit tudós kapta a fizikai Nobel-díjat. Kutatásaikban leírták az anyag egy kicsit bizarr, a szilárd, cseppfolyós és légnemű közötti átmenetekre jellemző úgynevezett topológiai szigetelő (topological insulator) állapotát is.

Lényege, hogy bizonyos feltételek mellett egyes anyagok felületükön könnyedén vezetnek elektronokat, miközben belsejük megmarad szigetelőnek. A kutatók által felfedezett esetekben az anyag anélkül „tartózkodott” két állapot között, hogy megtörte volna a szimmetriaként ismert jelenséget. Egyik előfordulási példa a vízatomok jéggé vagy gőzzé történő újrarendeződése.

A Stanford és a Sydney Egyetem, valamint a Microsoft kutatói előálltak a felfedezés első gyakorlati alkalmazásával. Elektromos alkatrészt, egy cirkulátort akkorára (ezredrészére) zsugorítottak, hogy a kvantumszámítógépek még használható mérettartományban működjenek. Az alkatrész remek szolgálatot tehet, amikor qubiteket (kvantumbiteket) akarunk elégséges kis helyre összepréselni.

A virtuálisan atomi szintre zsugorított elektronok különböző dimenziókban történő mozgásmódja nagyon fontossá válik. Itt lép képbe az anyag nem mért bitjének valószínűségét használva, klasszikus számítógéppel kiszámíthatatlan műveletek elvégzésére alkalmas qubit.

Qubitek többféleképpen és egyre nagyobb számban rendezhetők el. Viszont komoly kihívást jelent többszázezrük összezsúfolására elegendően kicsi méretre zsugorítani őket.

„Lehet akár többmillió qubitünk, de akkor sem világos, hogy létezik-e a vezérlésükre alkalmas klasszikus technológia” – nyilatkozta David Reilly, a Sydney Egyetem kutatója és egyben a Microsoft kvantumszámítógépekkel foglalkozó Station Q-jának igazgatója.

Megfelelő méretű kvantumszámítógépekhez mindenképpen új eszközök és technikák kellenek. Egyikük az elektromos jelzések mozgatására alkalmas, az információ kizárólag egyirányú terjedését biztosító cirkulátor. Eddigi legkisebb változatát tenyérbe vehettük, az új viszont ezerszer kisebb.

„Az ennyire kompakt cirkulátorok különböző kvantumhardver-platformokba telepíthetők” – magyarázza a kutatást ismertető tanulmány elsőszámú szerzője, Alice Mahoney.

Az eszköz rendkívül ígéretes, viszont számítógép-történeti párhuzammal élve, mintha a vákuumcső előtti szakasznál tartanánk. Az ilyen újításokkal azonban jócskán felgyorsulhatnak a fejlesztések.