Az egyesült államokbeli Purdue Egyetem kutatói 2018-ban publikálták első tanulmányukat arról az újszerű számítási módszerről, amely, eltérően a hagyományos, elektronikus számítógépek által használt bitektől és a kvantumszámítógépek qubitjaitól, úgynevezett p-biteket, probabilisztikus biteket alkalmaz. Míg a bitek egy meghatározott értéket, nullát vagy egyet képviselnek, a qubitok pedig szuperpozícióban nullát és egyet is egyszerre, addig a p-bitek folyamatosan fluktuálnak, rendkívüli gyorsasággal, nulla és egy között, vagyis az idő nagy részében a kettő közti értéket vehetik fel. Ezzel tulajdonképpen magának a természetnek a működését szimulálják, ahol nem mindig alakul precíz egyenletek alapján egy esemény végkimenetele, sokkal inkább a nagy számok törvénye érvényesül, vagyis, ha valami sokszor megtörténik, az eredmények átlaga egyre közelebb kerül egy előre kiszámítható (várható) értékhez.

A valószínűségi számítógép ötletével először Richard Feynman, Nobel-díjas amerikai elméleti fizikus állt elő, még 1982-ben, az ő elképzelése szerint egy ilyen gép a természet törvényét követné és ezzel megalapozná az utat a kvantumszámítógépek felé. Közben azonban elkezdtek épülni a kvantumkomputerek, az energiahatékonyabb valószínűségi számítógépek pedig, ha nem is vesztek a feledés homályába, de háttérbe szorultak a kutatások területén. A kvantumszámítógépek létrehozását azok a számítási problémák ösztönzik, melyeket hagyományos gépeken nem, vagy csak rendkívül hosszú idő alatt lehet megoldani, de működésükhöz kriogenikus, nagyon alacsony hőmérsékletű hűtőberendezésekre van szükség, ezzel a használatuk és fejlesztésük is bonyolulttá válik.

A probabilisztikus gépek nagy előnye az lenne, hogy szobahőmérsékleten is tudnak működni, miközben a kvantumszámításokhoz hasonló feladatokat tudnánk megoldani. A p-bitekkel foglalkozó vizsgálatok azonban elméleti szinten mozogtak, egy valódi, p-bitekkel működő gép megépítése még váratott magára. A Purdue Egyetem ezért kezdett behatóbban foglalkozni a témakör tanulmányozásával, 2018-ban annak a koncepcióját vázolták, hogy egyáltalán hogyan lehetne valódi, fizikai formában is megépíteni egy ilyen gépet.

Elképzelésük szerint több p-bit összekötésével tranzisztorszerű struktúra hozható létre, ezekből pedig p-áramkör építhető.

Ez a digitális áramkörökhöz hasonlítana, csak rendelkezne kvantumbitekre jellemző tulajdonságokkal is. A p-biteket, melyeket a kutatók a "szegény ember qubitjának" hívnak (mivel nem oldható meg velük minden olyan probléma, amely a qubitokkal lehetséges), speciális mágnesekkel reprezentálnák, ezeket a kutatók low barrier magnets, LBM néven emlegetik, de valójában többféle mágnest is takar az elnevezés. Bár a manapság egyre nagyobb teret hódító spintronika is hasonló működési módszerekre épít, de a tanulmány szerzői szerint a p-bitek fizikális megjelenéséhez nem szükséges a spinek vagy spintronika bevonása.

2019-ben a Purdue Egyetem és a japán Tohoku Egyetem fizikusai demonstrálták a valószínűségi számítógépet, az eszköz módosított verziója volt a mágneses ellenállással működő random hozzáférésű memóriának (Magnetoresistive Random Access Memory). Ezt a fajta RAM-ot a hagyományos számítógépekben is használják adattárolásra: két mágneses lemez között helyezkednek el a bitek, az egyik lemez állandó polaritású, a másik polaritása változtatható. A kutatók az MRAM-ot szándékosan instabillá tették, hogy a bitek ingadozását elősegítsék. A mini-komputer nyolc ilyen egységből állt össze és számításokat is végeztek rajta, hogy bizonyítsák a működőképességét.

A probabilisztikus gép nagy előnye, hogy kis helyen is elfér, a chipen mindössze akkora helyet foglal, mint egy tranzisztor, de ezer tranzisztornak megfelelő teljesítményre képes.

Azóta a kutatások tovább folytatódtak mindkét egyetem laboratóriumaiban, a Tohoku Egyetem szakértői március 17-én publikálták a tanulmányukat, melyben leírják az eddigi leggyorsabb p-bit működését, ez, a 2019-ben bemutatott eszközben található bitek ezredmásodperces ingadozása helyett már nyolc nanoszekundumos időközönként fluktuál, vagyis ennyi idő kell a mágnesesség irányának megváltozásához. Ezzel százszorosára gyorsítja a számítások elvégzésének folyamatát.

A Purdue kutatói 2020-ban levédették a technológiát és tovább fejlesztették a struktúrát: szilícium alapú technológia használatával sikerült olyan komputert emulálniuk, amely többezer p-bittel dolgozott. Azonban a Feynman által elképzelt, a természetet utánzó valószínűségi számítógép, a kvantumszámítógépekhez hasonlóan még távol áll a teljes megvalósulástól, sőt, egyelőre a használati köre sem egyértelmű. "A döntés a p-bit legjobb kivitelezési módjáról még nem született meg. De megmutattuk, hogy mi az, ami működik, úgyhogy idővel ki tudjuk találni." - mondta Joerg Appenzeller, a Purdue Egyetem professzora.

(Fotó: Purdue)

Ez is érdekelhet:

Működőképes DNS-alapú számítógépet építettek Egyelőre a kilencszáz négyzetgyökét számolták ki vele, de ez is nagy előrelépés.
Elhárították az egyik legnagyobb akadályt a kvantumszámítógépek gyakorlati alkalmazásának útjából Nyolc-tíz éven belül már kvantumszámítógépen számolhatunk a kutatók reményei szerint.
Az Advantage lehet a világ első kereskedelmi kvantumszámítógépe A kvantumszámítógép rendszerek, szoftverek és szolgáltatások egyik vezető fejlesztője, a D-Wave Systems bejelentette új generációs kvantumszámítási platformjának elérhetőségét. Az új hardvereket, szoftvereket és eszközöket tartalmazó csomag a világon elsőként szolgálhatja ki a termelés-orientált kvantumszámítástechnikai alkalmazásokat.