Průlom kvantového výpočtu by mohl vyvolat „hluk“ – síly, které narušují výpočty – minulost
Vědci objevili průkopnickou metodu, která chrání kvantové informace z „hluku“ – a konečně by nám mohlo nechat vybudovat praktické Kvantové počítače.
Kvantové počítače se spoléhají na kvantové zapleteníspojení mezi kvantové vlastnosti dvou částic, které jsou sdíleny okamžitě v čase a prostoru. To umožňuje kvantové počítače provádět rychlejší výpočty než jejich tradiční protějšky, protože mohou zpracovávat informace spíše paralelně než v pořadí.
Udržování této „soudržnosti“ je však obtížné kvůli „hluku“ z vnějšího světa, jako interakce s volnými částicemi, paprsky světla a Dokonce i minutové změny teploty může přerušit zapletení a rozptýlit informace uvnitř. Proto je míra chyb u qubits mnohem vyšší než u konvenčních bitů v klasickém výpočtu.
„V podstatě, i když společnosti tvrdí (mají) 1 000 qubits, jen velmi málo z nich je užitečné. Hluk je důvod,“ spoluautor studie Andrew ForbesLive Science řekl profesor fyziky na University of Witwatersrand v Johannesburgu v Jižní Africe. „Každý souhlasí s tím, že nemá smysl prosazovat další qubits, pokud je nemůžeme učinit méně hlučnými.“
Nyní, kódováním informací v topologii (nebo vlastnostech, které pramení z tvaru) dvou zapletených fotonů, našel tým fyziků způsob, jak zachovat kvantové informace, dokonce uprostřed bouře hluku. Vědci zveřejnili svá zjištění 26. března v časopise Přírodní komunikace.
Související: MIT vynalezne nový způsob, jak komunikovat QPU – vydláždí cestu pro škálovatelný „kvantový superpočítač“
Stejným způsobem, jakým jsou tradiční počítačové bity základními jednotkami digitálních informací, qubitS kóduje kvantové informace. Stejně jako bity mohou qubits existovat jako 1 nebo 0, což představuje dvě možné pozice ve dvoustátním systému.
Díky bizarním pravidlům kvantového světa mohou qubits také existovat v teoreticky nekonečných superpozicích dvou klasických států. A když jsou zapleteni do kvantových počítačů, jejich schopnost rozdrtit čísla roste exponenciálně.
Tento kvantový řetězec sedmikrásky je však křehký: i když jsou umístěny uvnitř extrémně chladných a vysoce izolovaných kryostatů, jsou současné kvantové počítače stále infiltrovány malými poruchami, které rychle narušují jemné procesy uvnitř.
Kvantová pokrýt
Typická strategie pro prevence kvantové decoherence je zachování zapletení, ale to se doposud těšilo pouze relativnímu úspěchu. Abychom to hledali způsob, jak to vědci za novou studií usilovali o zachování informací i v systémech, které již byly částečně dekorovány.
„Rozhodli jsme se nechat prohloubení – vždy je to křehké, ať je to tak – a místo toho si zachovejte informace i s velmi malým zaplechnutím,“ řekl Forbes.
Pro jejich řešení se Forbes a jeho kolegové obrátili na typ qubit známého jako „topologický qubit“, který kóduje informace ve tvaru vytvořeném dvěma zapletenými částicemi. Usadili se na kvaziparticile známém jako optický skyrmion, vlnové pole vytvořené mezi dvěma zapletenými fotony.
Poté, co vědci odhalili skyrmiony různé úrovně šumu, zjistili, že vzorce a informace kódované uvnitř zůstávají odolné daleko za bodem, kde by topologické systémy dekokovaly.
„Ukazuje se, že pokud zůstane nějaké zapletení, bez ohledu na to, jak málo, topologie zůstane neporušená,“ řekl Forbes. „Topologie zmizí, až po zmizí zapletení.“
Vědci se domnívají, že jejich přístup by mohl hrát klíčovou roli při vytváření kvantových počítačů a sítí, které mohou překonat hluk v jakémkoli prostředí. Jejich dalším krokem bude vytvoření „topologické sady nástrojů“, která může zakódovat praktické informace do Skyrmion a znovu je dostat ven.
„Jakmile to budeme mít, můžeme začít přemýšlet o používání topologie v praktických situacích, jako jsou komunikační sítě a v počítači,“ řekl Forbes.
