Kvantové počítače, navzdory jejich rychlému rozšíření co do velikosti a potenciálu, čelí kritické překážce: chybám. Jak se tyto stroje stávají výkonnějšími, hrozí, že chybovost je učiní nepraktickými. Nyní vědci prokázali metodu recyklace a opětovného použití qubitů, čímž zlepšili jejich spolehlivost a zjednodušili složité výpočty.
Problém chyb v kvantovém počítání
Stávající kvantové počítače mají potíže s přesností. Jsou příliš náchylné k chybám pro užitečné výpočty v reálném světě, které přesahují možnosti tradičních počítačů. Přestože jsou obvody pro opravu chyb ve vývoji, hlavní výzvou zůstává: vytvoření dostatečného množství vysoce kvalitních qubitů pro provádění samotných výpočtů a sledování těchto chyb.
Standardní přístup rozděluje qubity do dvou skupin: ty, které manipulují s daty (výpočetní qubity) a ty, které kontrolují chyby (pomocné qubity). Vybudování dostatečného množství obou typů je obtížné. Nová strategie má za cíl snížit počet potřebných pomocných qubitů jejich opakovaným používáním.
Metoda recyklace od Atom Computing
Vědci z Atom Computing prokázali, že pomocné qubity lze recyklovat až 41krát za sebou. To je kritické, protože složité výpočty vyžadují mnoho cyklů opravy chyb, což znamená, že by jinak byl vyžadován konstantní přísun čerstvých qubitů. Tým vedený Mattem Norziou toho dosáhl pomocí atomů ytterbia chlazených téměř na absolutní nulu pomocí laserů a elektromagnetických pulzů.
Uspořádali svůj kvantový počítač do tří zón:
- Výpočetní oblast: 128 qubitů provádí výpočty.
- Zóna sledování chyb: 80 qubitů měří a nahrazuje chybné qubity.
- Úložný prostor: 75 qubitů je k dispozici pro opětovné použití.
Toto nastavení umožňuje týmu podle potřeby resetovat pomocné qubity nebo je nahradit novými.
Složitost a přesnost ovládání
Úspěch této metody závisí na extrémní přesnosti. Vnější světlo z laserů může qubity narušit, takže výzkumníci vyvinuli jemně vyladěné laserové ovládací prvky a upravili stavy datových qubitů tak, aby odolávaly nežádoucímu rušení. Tato úroveň kontroly je zásadní, protože bez ní by i skromné výpočty vyžadovaly miliony nebo miliardy qubitů – což je pro současný hardware neúnosný požadavek.
Širší důsledky pro pokrok v kvantovém počítání
Možnost opětovného použití qubitů není omezena na Atom Computing. Yuval Boger ze společnosti QuEra zdůrazňuje, že tato schopnost je zásadně důležitá pro pokrok v oblasti kvantových počítačů. Jiní výzkumníci, včetně z Harvardu a MIT, použili podobné techniky s atomy rubidia k podpoře kvantových výpočtů po celé hodiny. Dokonce i iontové kvantové počítače, jako je Helios od Quantinua, mohou znovu použít qubity.
„Opětovné použití pomocných qubitů již není jen žádoucí funkcí, stává se nutností pro škálování kvantových výpočtů,“ říká Norzia.
Tento průlom představuje zásadní krok k vytvoření praktických a spolehlivých kvantových počítačů, které dokážou vyřešit problémy, které klasické stroje nedokážou.
