Dakigunetik ez dakigunera, CIC nanoGUNEn ordenagailu kuantikoak eraikitzeko asmoz

CIC nanoGUNEren apustu handi bat denontzako ulergarri egiteko erronkari heldu, eta kontakizun poetiko bat atera da. Meritua ez da gurea, Jose Mari Pitarke zuzendariarena da, hala azaldu baitigu hardware kuantikoa ikertzeko eta garatzeko abiatu duten proiektu berria.

Fisika kuantikoa ulertzen duela dioenak ez du ulertzen fisika kuantikoa, zioen Richard Feynman fisikari ospetsu eta Nobel saridunak. Ez ulertzea normala da, beraz. Baina ona da ahalegintzea, gero eta gehiago aditzen ari garelako fisika kuantikoaz eta gero eta eragin handiagoa izanen duelako gure jendartean.

Hori da CIC nanoGUNEren lana, Jose Mari Pitarke zuzendariaren arabera: «Jakintasunean aurrera egitea, hori delako gizakiaren sena, jakinmina dugulako, eta aldi berean egiten ari garen horrek gizartean eragin positiboa izango duelako».

Lau ardatz ditu teknologia kuantikoak ikertzeko abiatu duten proiektuak: lehena ikerketa talde berria osatzea da, bereziki konputazio kuantikoa ikertzeko eta garatzeko, hardwarearen ikuspuntutik.

Bigarrenik, arlo horretan aitzindari direnen edo goian daudenen ondoan egin nahi dute aitzinera. Horregatik sortuko dute Donostiako zentroan horretan puntan dagoen enpresa baten, Londreseko Quantum Motion-en, filiala. Enpresa horrekin lankidetza hitzarmena sinatu dute, ikerketa talde berri horrek eta oro har nanoGUNEk berarekin eskuz esku ikertu dezan.

Laugarren ardatza da hori guztia egiteko azpiegitura berria eraikitzea: dorre kuantikoa. Orain dorre bakarra du eraikinak, eta bigarren dorre bat eginen dute. Bertan kokatuko dira ikerketa talde eta azpiegitura berria, eta baita Quantum Motionen filiala ere.

Dorre berriaren proiekturako kontratua uztailaren lehenean sinatu zuten. Idom Ingeniaritzak eginen du. Proiektua abuztuan bukatzea espero dute. Gero lizitazioa aterako dute eraikitzeko, eta gehienez 10 hilabetean burutzea dute aurreikusia. Hori betetzen bada, 2025 urtea amaitzerako prest izanen da.

Fernando Gonzalez-Zalba, talde burua

Fernando Gonzalez-Zalba fisikari nafarra izanen da talde berriaren gidaria. Cambridgen egin zuen doktore tesia, teknologia kuantikoekin lotura duen arlo batean, eta orain Quantum Motioneko kuantikako ikerlari nagusia da. Hona etorriko da bere ikerketa karrerarekin segitzeko. «Teknologia kuantikoen arloa benetan lehiakorra da munduan. Gure arlo estrategikoetako bat da, nanomaterialekin eta nanomedikuntzarekin batera. Orain, lerro berri bat ireki nahi dugunez konputazio kuantikorako hardwarean zentratuta, horretan puntan dabilen pertsona bat ekarri nahi izan dugu. Gainera, bermea ematen digu Quantum Motionekin lankidetzan aritzeak», azaldu du Pitarkek.

Gonzalez-Zalba irailaren 1ean hasiko da lanean Ikerbasque professor bezala. Horrekin batera, taldea osatzen hasiko dira, doktoretza ikasleak eta postdoktoralak erakartzen. «Dorrea oraindik egiteke egon arren, gauza batzuk hemen egin ahal izango ditugu orain dugun azpiegiturarekin, eta Londresekoekin elkarlanean egingo ditugu beste gauza batzuk, hau da, gure ikertzaileek Londresen ikasteko aukera izango dute».

Kasu honetan hardware erraten zaio elektronikaren osagai fisikoen multzoari. Zirkuitu integratuak, prozesadoreak; hizkera arruntean, txipak. «Txipak baditugu jada ohiko gailu elektronikoetan. Transistorean oinarritzen dira. Transistoreen bidez bitak ditugu. Bita 1 eta 0 izan daiteke, horretan oinarritzen da konputazio osoa: 1 ate irekia da, 0 ate itxia. Hori da ohiko elektronika. Hori ere kuantika da. Kuantika ez da gauza berria. 1920ko hamarkadan garatu zen fisika kuantikoa, horri esker transistorea 1947an asmatu zuten, eta transistorean oinarrituta, 1970eko hamarkadatik aurrera, orain dugun elektronika osoa».

«Fisika kuantikoari etekina atera zitzaion XX. mendean, batez ere bigarren zatian, hainbat arlotan. Laserra eta transistorea dira bi adibide. Fisika kuantikoa XX eta XXI. mendeetan teknologiara ereman dugu dagoeneko. Baina konputazio kuantikoan, orain arte ustiatu ez diren fisika kuantikoaren bi propietate berezi erabiltzen ari gara orain arte egin ezin izan diren gauzak egin ahal izateko: bi propietate horiek dira gainezarpena eta korapilatze kuantikoa, biak oso bitxiak. Eta horietan oinarritzen da teknologia guztiz berri bat, gaur egun teknologia kuantikoa deritzoguna. Bi propietate horiek erabat kuantikoak dira, antiintuitiboak ere bai».

Einsteinek sinesten ez zuena

Einsteinek ez zuen hori gauza zitekeenik sinesten, eta Bohr fisika kuantikoaren sortzaileetako batekin eztabaida luzea izan zuen. Bohr-ek horren existentzia defendatzen zuen, eta Einsteinek ez. Azkenean esperimentu bat egin zuen Alain Aspect-ek Parisen, 1981ean, eta frogatu zuen baietz, natura halakoxea dela, Bohr-ek iragarri zuen bezalakoxea. Aspect-ek Fisikako Nobel saria lortu zuen horregatik duela gutxi.

«Demagun sistema fisiko bat dugula, elektroia edo fotoia, edo eraztun supereroale ñimiñoa, IBMko konputagailu kuantikoetan duguna bezalakoa. Eraztun horrek korronte elektrikoa dauka alde batera edo bestera, orratzen norabidean edo aurka, 1 edo 0. Korronte elektriko hori neurtzen dugunean, alde batera edo bestera neurtuko dugu. Baina fisika kuantikoaren arabera, izatez eraztun horrek ez dauka ongi definituriko korronte elektrikoa, egoera kuantiko misteriotsu batean dago. Neurtzen dugunean, alde batera edo bestera izango du korrontea. Neurtu aurretik, ordea, bien gainezarpena dago, biak daude aldi berean nonbait, biak nahastuta daude. Eta gainezarpenaren nolakotasunaren arabera, neurtzean emaitza bat edo beste izan dadin dagoen probabilitatea zein den iragar dezakegu».

Hori da gainezarpen kuantikoa, Eisnteinek sinesten ez zuena, eta horretan oinarritzen da bit kuantikoa, qubita. «Neurtutakoan, qubita 1 edo 0 izango da, baina neurtu aurretik egoera kuantiko batean dago, gainezarpen batean. Horretan oinarritzen da konputazio kuantikoa».

Infinitu aukera

Propietate horrek aukera itzela ematen du orain egin ezin diren kalkuluak egiteko, eta horrek eragina izan dezake arlo ugaritan, errate baterako, farmakoen diseinuan eta material jasangarri edo berriztagarrien ekoizpenean. Jauzi kualitatibo bat ekarriko luke oraingo baliabideekin egin ezin diren gauzak egiteko.

Gainezartzearen ideia hobeki ulertzeko koloreen adibidea erabili du Pitarkek. «Infinitu aukera daude berdea eta horia nahasteko. Bakoitzaren ehunekoa edo pisua nahi duguna izan daiteke: %50, %1, %30... Lehen bi aukera zeuden: berdea (1) eta horia (0). Orain, qubit batean infinitu aukera ditugu, nahiz eta neurtzerakoan horietako bat bakarrik gauzatzen den: berde hutsa edo hori hutsa».

Beste propietatea korapilatze kuantikoa da. «Bi qubit korapilatuak badaude, lehenengoaren izaerak bigarrenarena baldintzatuko du, horrela lehenengoa neurtzen dugunean (1 edo 0) aldiune horretan bertan bigarrenaren neurketaren balioa (1 edo 0) zein den iragarri ahal izango dugu. Lehenengo neurketak bigarrena baldintzatzen du. Horixe da, izatez, Aspect-ek 1981ean frogatu zuena».

Abantailak

«Hardware kuantikoa egiteko qubit-ak behar ditugu. IBMren konputagailu kuantikoen kasuan qubitak eraztun supereroaleak dira. Gure kasuan, aldiz, qubitak beste modu batean gauzatuko dira».

«Guk garatuko dugun teknologia siliziozko puntu kuantikoetan oinarrituko da. Puntu kuantiko horiek atomo banaka batzuk izango dituzte eta, gainera, imanak dira nonbait, iman ñimiñoak, neurtutakoan gora (1) edo behera (0) orientatuak ikusiko ditugu, baina neurtu aurretik bien gainezarpena dugu, bien konbinazioa, koloreen nahasketarekin bezala. Hori da gure bit kuantikoa».

Horiek diseinatuko dituzte CIC nanoGUNEn, horiekin eginen dituzte txipak eta konputagailu kuantikoak. Puntu kuantiko horien materiala silizioa da, erdieroale bat. Siliziozko puntu kuantikoetan oinarrituko da beren teknologia. Garrantzitsua da hori. Izan ere, gaurko elektronika guztia silizioaren teknologian dago oinarritua. «Gure poltsikoan dugun mugikorreko txip batean milaka milioi transistore ditugu. Horietako bakoitza siliziozkoa da. Gure siliziozko puntu kuantiko horiek siliziozko plataforma batean jarriko ditugu, egun elektronika egiteko munduan erabiltzen den azpiegituran. Horrek abantaila handia du, etekina aterako diogulako indarrean dagoen teknologiari horretaz baliatuta konputagailu kuantikoak egiteko, teknologia kuantiko berria gauzatu ahal izateko».

Bigarren onura da puntu kuantiko horiek hagitz txikiak direla, nanoteknologia hutsa. Hortaz, puntu kuantiko ugari elkarrekin jartzeko aukera dago. Hirugarrenik, «ezin dugunez IBM eta handiekin lehiatu, ona da nitxo bat aurkitzea. Hemen garatu nahi dugun teknologia ez dago IBMrena bezain garatua eta horregatik gure ekarpena handiagoa izan daiteke, betiere horretan puntan dabiltzanen ondoan».

Etorkizuna

Oro har konputazio kuantikoak etorkizun handia duela uste du Jose Mari Pitarkek, bereziki beraiek erabiliko duten teknologia horrek. «Ez dakigu azkenean zeinek irabaziko duen. Hemendik 10-20-30 urtera teknologia hauetako bat gailenduko da ziurrenik: IBMrena, edo gurea, edo beste bat. Bidea oso luzea da oraindik. Badaude konputagailu kuantikoak, baina oraindik ez daude prest ohiko konputagailuekin ezin ebatz daitezkeen problema horiek modu eraginkorrean ebazteko, ez gara iritsi maila horretara. Lan asko egin behar da, zientzian gauzak astiro doaz, gero bat-batean salto bat egin arren».

«Teknologia kuantikoak garrantzitsuak izango dira. Oraindik ez gara iritsi maila horretara baina iritsiko garelakoan gaude, eta hori gauzatzeko modu ezberdinak daude. Uste dugu aukera handiak daudela geuk garatuko dugun teknologia izan dadin gailenduko diren horietako bat, lehen esandako bi arrazoi horiengatik: miniaturizazioa eta gaur egun indarrean dauden siliziozko plataformetan erabili ahal izatea».

«Oso interesgarria eta kitzikagarria» egiten zaio Pitarkeri bide berriak ireki ditzakeen arlo batean ikertzea, jakin gabe benetan ikerketa horrek nora eramanen dituen. «Hori da ikerketaren sena. Ziurgabetasun horretan dago grina. Bidea egiten ari gara nora goazen oso zehatz jakin gabe, baina aldi berean gauzatzen diren edo azaleratzen diren aukerei begiratuz. Horiei heltzen diegunean, hor bai, benetako aurrerapenak gauzatzen dira. Bien konbinazioari eutsi behar diogu: oinarrizko ikerketa, betiere horri etekin teknologikoa atera diezaioketen aukerei eutsiz».

Erronka handia da: «Dakigunetik ez dakigunera, balioan jarriz eta aprobetxatuz ditugun ahalmenak, ezagutza, azpiegitura, posizionamendua, bide berriak jorratu ahal izateko».