Ένα πείραμα με επικεφαλής τον Michael Devorette του Πανεπιστημίου Yale το αποδεικνύει αυτό
Τι είναι τα qubits;
Έρχονται πληροφορίες στην κλασική πληροφορικήμε τη μορφή δυαδικών ψηφίων που αντιστοιχούν σε μονάδες ή μηδενικά. Στον κβαντικό υπολογισμό, αποθηκεύεται σε ειδικές συσκευές με κβαντικές ιδιότητες, οι οποίες είναι γνωστές ως κβαντικά bit ή «qubits».
Συσκευή IBM 7 Qubit. Φωτογραφία: Flickr
Σε εργαστήριο στο Πανεπιστήμιο του Γέιλδημιουργούνται από υπεραγώγιμα κυκλώματα που ψύχονται σε θερμοκρασίες 100 φορές χαμηλότερες από ό,τι στο διάστημα. Κάθε qubit αντιπροσωπεύει ένα ή μηδέν, ή, παραδόξως, και το ένα και το μηδέν ταυτόχρονα. Αυτός ο «κβαντικός παραλληλισμός» είναι μια από τις ιδιότητες που επιτρέπει στους κβαντικούς υπολογιστές να εκτελούν υπολογισμούς. Δυνητικά—αρκετές τάξεις μεγέθους πιο γρήγορα από ό,τι είναι δυνατό στους κλασικούς υπερυπολογιστές.
Ποιο είναι το πρόβλημα με τους κβαντικούς υπολογιστές;
Ωστόσο, τα κβαντικά συστήματα είναι εύθραυστα. Τους στοιχειώνει το θεμελιώδες φαινόμενο της αποσυνοχής - μια διαδικασία κατά την οποία οι πληροφορίες που είναι αποθηκευμένες σε qubit χάνουν γρήγορα τις κβαντικές τους ιδιότητες ως αποτέλεσμα της αλληλεπίδρασής τους με το περιβάλλον. Με απλά λόγια, οποιαδήποτε παρεμβολή από το εξωτερικό περιβάλλον παρεμποδίζει τη λειτουργία τέτοιων συστημάτων, καθιστώντας τα αδύνατη. Αυτό αποτρέπει την εφαρμογή των κβαντικών υπολογιστών παντού.
Υπάρχει λύση, αλλά δεν είναι τόσο απλή
Κβαντική διόρθωση σφαλμάτων, η οποία είναι θεωρητικάπου ανακαλύφθηκε το 1995, προσφέρει ένα μέσο για την καταπολέμηση αυτής της αποσυνοχής. Προστατεύει ένα κβαντικό bit πληροφοριών κωδικοποιώντας το σε ένα μεγαλύτερο σύστημα από αυτό που είναι γενικά απαραίτητο για την αναπαράσταση ενός μεμονωμένου qubit.
Επεξεργαστής IBM 16 Qubit. Φωτογραφία: Flickr
Ωστόσο, αυτό το μεγαλύτερο σύστημα έχει αντίκτυποΤο περιβάλλον είναι ακόμη πιο επιθετικό και το κωδικοποιημένο qubit είναι πιο εύθραυστο. Λόγω αυτού του αποτελέσματος και των επιπλοκών που σχετίζονται με πρόσθετα στοιχεία διόρθωσης σφαλμάτων, αυτή η διαδικασία δεν επέκτεινε τη διάρκεια ζωής του κβαντικού bit στην πράξη. Οι ερευνητές λένε ότι στην πραγματικότητα, το σπάσιμο ακόμη και με ένα μη διορθωμένο qubit είναι ένα σπάνιο γεγονός. Σε αντίθεση με τις θεωρητικές υποσχέσεις, στα περισσότερα πειράματα, η διόρθωση σφαλμάτων επιταχύνει την αποσυνοχή των κβαντικών πληροφοριών.
Τι έχουν κάνει οι επιστήμονες;
Κατά τη διάρκεια του πειράματος, οι επιστήμονες έδειξαν για πρώτη φοράότι η αύξηση του πλεονασμού του συστήματος, η ενεργή ανίχνευση και η διόρθωση των κβαντικών σφαλμάτων εξασφάλισαν αυξημένη σταθερότητα των κβαντικών πληροφοριών. «Το πείραμά μας αποδεικνύει ότι η κβαντική διόρθωση σφαλμάτων είναι ένα πραγματικό, πρακτικό εργαλείο. Αυτό είναι κάτι περισσότερο από μια απλή επίδειξη της αρχής», εξηγεί ο φυσικός.
Μια ομάδα επιστημόνων κατάφερε να υπερδιπλασιάσει τη διάρκεια ζωής των κβαντικών πληροφοριών. Το qubit διόρθωσης σφαλμάτων τους διήρκεσε 1,8 χιλιοστά του δευτερολέπτου—στην κβαντική υπολογιστική, όλα γίνονται γρήγορα.
Πέτυχαν αποτελέσματα χρησιμοποιώντας κώδικαλογισμικό διόρθωσης σφαλμάτων, το οποίο εφευρέθηκε το 2001. «Ναι, στον τομέα μας υπάρχουν καθυστερήσεις μεταξύ των θεωρητικών προτάσεων και της πρακτικής εφαρμογής τους», εξηγεί ο Michael Devorette.
Απεικόνιση των qubits. Πίστωση: Πανεπιστήμιο Yale
Ο Βλαντιμίρ Σιβάκ, ο κύριος συγγραφέας του άρθρου, δήλωσε ότιΗ απόδοση επιτεύχθηκε εν μέρει μέσω της χρήσης ενός παράγοντα μηχανικής μάθησης. Προσάρμοσε τη διαδικασία διόρθωσης σφαλμάτων για να βελτιώσει το αποτέλεσμα.
«Δεν υπάρχει ούτε μία σημαντική ανακάλυψημας επέτρεψε να πάρουμε αυτό το αποτέλεσμα. Στην πραγματικότητα, είναι ένας συνδυασμός διαφόρων τεχνολογιών που αναπτύχθηκαν τα τελευταία χρόνια. Συνδυάσαμε σε αυτό το πείραμα, εξήγησε ένας μαθητής στο εργαστήριο του Devoret, τώρα ερευνητής της Google.
Γιατί είναι τόσο σημαντικό;
Η πρακτική επιτυχία των κβαντικών υπολογιστών θα είναιεξαρτώνται από την ικανότητα δημιουργίας εξαιρετικά υψηλής ποιότητας κβαντικών δυαδικών ψηφίων χρησιμοποιώντας κβαντική διόρθωση σφαλμάτων. Ένα νέο πείραμα επιβεβαιώνει μια θεμελιώδη υπόθεση σχετικά με τον κβαντικό υπολογισμό. Διπλασιάζοντας τη ζωή ενός qubit, οι ερευνητές απέδειξαν μια βασική θεωρία στην κβαντική φυσική. «Αυτό είναι πολύ ενθαρρυντικό», καταλήγουν οι συγγραφείς της μελέτης.
Διαβάστε περισσότερα:
Βρήκε έναν τρόπο να μειώσει το σάκχαρο στο αίμα χωρίς ενέσεις ινσουλίνης
Οι επιστήμονες πιστεύουν ότι το σχήμα του σύμπαντος δεν είναι αυτό που πιστεύουν όλοι
Ελικόπτερο της NASA έδειξε το ηλιοβασίλεμα στον Άρη. Δεν μοιάζει με γη.
Εικονογράφηση εξωφύλλου: geralt