Joukko brittiläisiä ja venäläisiä tutkijoita on onnistunut kehittämään täysin uudenlaisen metodin, jonka avulla tulevaisuuden supertietokoneet voivat ratkoa erittäin monimutkaisia tehtäviä.

Cambridgen yliopisto kertoo tiedotteessaan, että brittiläisten Cambridgen ja Cardiffin ja venäläisen Skolkovon tiedeinstituutin tutkijat ovat onnistuneet osoittamaan, että tietynlainen valoa ja ainetta yhdistävä ”taikapöly” voi auttaa tietokoneita ratkaisemaan monimutkaisia ongelmia ennennäkemättömän nopeasti.

Tutkijat ovat tiedotteen mukaan käyttäneet polariton-nimellä kulkevia kvanttihiukkasia, jotka ovat puoliksi valoa ja puoliksi ainetta, eräänlaisena ”majakkana”, joka osoittaa yksinkertaisimman ratkaisun monimutkaiseen ongelmaan.

Tämä uusi lähestymistapa voi tutkijoiden mukaan auttaa kehittämään täysin uudenlaisen tietokoneen, joka voi ratkaista nykyisin mahdottomana pidettyjä ongelmia.

Tutkimus on julkaistu Nature Materials -lehdessä.

Tutkijat toteavat, että teknologinen kehitys riippuu usein siitä, että on mahdollista löytää optimaalinen, pienimmän määrän välivaiheita sisältävä ratkaisu matemaattisen ongelmaan.

Optimaalisen ratkaisun löytäminen muistuttaa sitä, että etsitään matalinta kohtaa vuoristoisessa maisemassa. Patikoija saattaa kävellä alamäkeen ja kuvitella päässeensä alimmalle paikalle, mutta seuraavan vuoren takana saattaa olla vielä alhaisempi kohta. Tällaisten ongelmien ratkominen on matemaattisesti hyvin haastavaa.

Modernit supertietokoneet ja hypoteettiset kvanttitietokoneetkin pystyvät ratkaisemaan tällaisia ongelmia osin puutteellisesti. Cambridgen yliopiston professori Natalia Berloff sanoo tiedotteessa, että hänen tutkijaryhmänsä päätti kokeilla uutta lähestymistapaa: Mitä jos ei liikuttaisikaan vuoristossa etsien alhaisinta pistettä – vaan täytetään koko maisema ”taikapölyllä”, joka loistaa vain alhaisimmassa pisteessä? Näin ongelman ratkaisu olisi helppo havaita.

”Muutama vuosi sitten puhtaasti teoreettinen esityksemme tämän toteuttamisesta torjuttiin kolmessa tiedelehdessä”, Berloff sanoo.

”Yksi arvioija sanoi: ’Kuka olisi tarpeeksi hullu yrittääkseen toteuttaa tätä?!’ Joten meidän piti tehdä tämä itse, ja nyt olemme todistaneet esityksemme.”

”Taikapöly”-polaritonit on luotu osoittamalla lasersäteellä atomipinoja, jotka on koottu muun muassa galliumista, arseenista, indiumista ja alumiinista. Näissä pinoissa eri kerroksissa olevat elektronit imevät ja heijastavat tietynväristä valoa.

Polaritonit ovat 10 000 kertaa kirkkaampia kuin elektronit, ja ne pystyvät tiivistymään erityiseen olotilaan nimeltä Bosen-Einsteinin kondensaaatti. Tässä tilassa polaritoneiden kvanttitilat yhdistyvät ja luovat yhden makroskooppisen kvanttiobjektin, jonka voi havaita valomittauksilla.

Seuraavaksi tutkijoiden piti raktkaista, miten luoda potentiaalinen maisema, jossa polaritonit voisivat tiivistyä alimmassa pisteessä. Tätä varten tutkijat keskittyivät yhteen tiettyyn optimointiongelmaan, joka on kuitenkin niin yleinen, että mikä tahansa muu vaikea ongelma voidaan liittää siihen.

”Me olemme vasta alkamassa tutkia polariton-käyrien potentiaalia monimutkaisten ongelmien ratkaisemisessa”, sanoo Skolkovin tiedeinstituutin professori Pavlos Lagoudakis.

”Lopullinen tavoite on mikrosirulla toimiva kvanttisimulaattori, joka toimii huoneenlämmössä.”