Kvantiniame kompiuteryje sukurta keista materijos būsena – tai gali pakeisti būsimus kompiuterius

Sekite TechNaujienos Google

Mokslininkai kvantiniame kompiuteryje sukūrė neįprastą topologinę materijos būseną ir panaudojo ją universalioms kvantinėms operacijoms atlikti. Tyrimas laikomas svarbiu žingsniu ieškant būdų, kaip ateities kvantinius kompiuterius padaryti atsparesnius klaidoms.

Darbas publikuotas žurnale „Nature“. Tyrėjai iš Harvardo universiteto, Čikagos universiteto, „Quantinuum“ ir kitų institucijų panaudojo „Quantinuum System Model H2“ jonų kvantinį procesorių ir jame paruošė 54 kubitų topologinę būseną.

Esminis eksperimentas buvo susijęs su vadinamaisiais neabeliniais anijonais – kvazidalelėmis, kurių savybės priklauso ne tik nuo jų padėties, bet ir nuo to, kokia tvarka jos buvo judinamos viena aplink kitą.

Kodėl ši keista būsena svarbi?

Kvantinių kompiuterių problema yra jų jautrumas aplinkos triukšmui. Kubitų būsenos yra trapios, o net nedidelės klaidos gali sugadinti skaičiavimą. Dėl to didelė dalis šiuolaikinės kvantinės kompiuterijos tyrimų skirta klaidų taisymui.

Topologinė kvantinė kompiuterija siūlo kitą idėją: informaciją koduoti taip, kad ji būtų apsaugota ne vien programiniu klaidų taisymu, bet ir pačia fizine sistemos struktūra.

Šiame darbe tyrėjai sukūrė vadinamąją S3 kvantinio dubleto topologinę būseną. Loginę informaciją jie kodavo globalioje neabelinių anijonų susiliejimo erdvėje.

Eksperimento esmė – mokslininkai ne tik „judino“ anijonus vienus aplink kitus, vadinamajame braiding procese, bet ir jungė jų susiliejimą į skaičiavimo operacijas.

Būtent šis derinys leido realizuoti universalų topologinių kvantinių vartų rinkinį. Kitaip tariant, sistema neapsiribojo viena specializuota operacija – ji parodė principą, reikalingą bendrai kvantinei kompiuterijai.

54 kubitai ir „magic state“

Eksperimentas atliktas naudojant 54 kubitus. Tyrėjai taip pat topologiškai paruošė vadinamąją „magic state“ būseną – vieną iš elementų, reikalingų universaliems kvantiniams skaičiavimams.

„Quantinuum“ aiškina, kad darbas gali atverti alternatyvų kelią klaidoms atspariai kvantinei kompiuterijai. Įprastuose architektūriniuose modeliuose daliai sudėtingų operacijų reikia daug papildomų resursų, o topologinis metodas teoriškai gali dalį apsaugos suteikti pačioje fizikoje.

Tai dar nereiškia, kad sukurta praktiška, visiškai klaidoms atspari kvantinė mašina. Eksperimentas atliktas kontroliuojamame kvantiniame procesoriuje ir pirmiausia demonstruoja fizikos bei skaičiavimo principą.

Vis dėlto rezultatas svarbus todėl, kad neabeliniai anijonai daugelį metų buvo laikomi vienu perspektyviausių topologinės kvantinės kompiuterijos pagrindų. Ankstesni eksperimentai jau rodė, kad tokias būsenas galima sukurti ir valdyti, tačiau naujasis darbas žengia toliau – parodo universalų vartų rinkinį, derinant anijonų pynimą ir susiliejimą.

„Nature“ straipsnyje tyrėjai pabrėžia, kad rezultatas atveria naujus būdus panaudoti kvantinės materijos savybes informacijai valdyti. Tai vienas iš kelių konkuruojančių kelių link praktiškų kvantinių kompiuterių – greta superlaidžių kubitų, neutralių atomų, fotoninių sistemų ir kitų platformų.

Kitaip tariant, ši „keista materijos būsena“ nėra egzotiškas laboratorinis triukas vien dėl efekto. Ji gali tapti vienu iš būdų sukurti kvantinį kompiuterį, kuriame pati fizika padėtų apsaugoti skaičiavimus nuo klaidų.