Komputery kwantowe, pomimo szybkiego wzrostu rozmiarów i potencjału, napotykają krytyczną przeszkodę: błędy. W miarę jak maszyny te stają się coraz potężniejsze, poziom błędów może sprawić, że staną się niepraktyczne. Teraz badacze zademonstrowali metodę recyklingu i ponownego wykorzystania kubitów, poprawiającą ich niezawodność i zwiększającą wykonalność skomplikowanych obliczeń.
Problem błędów w obliczeniach kwantowych
Istniejące komputery kwantowe mają trudności z dokładnością. Są zbyt podatne na błędy, aby umożliwić przydatne obliczenia w świecie rzeczywistym wykraczające poza możliwości tradycyjnych komputerów. Chociaż obwody korekcji błędów są w fazie rozwoju, głównym wyzwaniem pozostaje: stworzenie wystarczającej liczby kubitów wysokiej jakości, aby wykonać zarówno same obliczenia, jak i* śledzenie tych błędów.
Podejście standardowe dzieli kubity na dwie grupy: te, które manipulują danymi (kubity obliczeniowe) i te, które kontrolują błędy (kubity pomocnicze). Zbudowanie wystarczającej ilości obu typów jest trudne. Nowa strategia ma na celu zmniejszenie liczby potrzebnych kubitów pomocniczych poprzez ich wielokrotne wykorzystanie.
Metoda recyklingu firmy Atom Computing
Naukowcy z Atom Computing wykazali, że kubity pomocnicze można poddać recyklingowi aż 41 razy z rzędu. Ma to kluczowe znaczenie, ponieważ złożone obliczenia wymagają wielu cykli korekcji błędów, co w przeciwnym razie wymagałoby stałego dostarczania świeżych kubitów. Zespół kierowany przez Matta Norzię osiągnął to za pomocą atomów iterbu schłodzonych do temperatury bliskiej zera absolutnego za pomocą laserów i impulsów elektromagnetycznych.
Zorganizowali swój komputer kwantowy w trzy strefy:
- Obszar obliczeń: 128 kubitów wykonuje obliczenia.
- Strefa śledzenia błędów: 80 kubitów mierzy i zastępuje błędne kubity.
- Obszar przechowywania: 75 kubitów jest dostępnych do ponownego wykorzystania.
To ustawienie pozwala zespołowi zresetować kubity pomocnicze lub w razie potrzeby zastąpić je nowymi.
Złożoność i precyzja sterowania
Sukces tej metody zależy od niezwykłej precyzji. Obce światło laserów może zakłócać kubity, dlatego badacze opracowali precyzyjnie dostrojone sterowanie laserem i dostosowali stany kubitów danych, aby oprzeć się niepożądanym zakłóceniom. Ten poziom kontroli jest niezbędny, ponieważ bez niego nawet skromne obliczenia wymagałyby milionów lub miliardów kubitów – co jest wymogiem zaporowym w przypadku obecnego sprzętu.
Szersze implikacje dla postępu w obliczeniach kwantowych
Możliwość ponownego wykorzystania kubitów nie ogranicza się do Atom Computing. Yuval Boger z QuEra podkreśla, że ta możliwość jest zasadniczo ważna dla postępu w obliczeniach kwantowych. Inni badacze, w tym z Harvardu i MIT, używali podobnych technik z atomami rubidu, aby godzinami wspomagać obliczenia kwantowe. Nawet jonowe komputery kwantowe, takie jak Helios firmy Quantinuum, mogą ponownie wykorzystywać kubity.
„Ponowne wykorzystanie kubitów pomocniczych nie jest już tylko pożądaną funkcją; staje się koniecznością w przypadku skalowania obliczeń kwantowych” – mówi Norzia.
Ten przełom stanowi krytyczny krok w kierunku stworzenia praktycznych i niezawodnych komputerów kwantowych, które mogą rozwiązywać problemy, których nie potrafią klasyczne maszyny.
