Yalen yliopiston Michael Devoretten johtama koe todistaa tämän
Mitä ovat kubitit?
Klassisen laskennan tieto tuleeykkösiä tai nollia vastaavien bittien muodossa. Kvanttilaskennassa se tallennetaan erityisiin laitteisiin, joilla on kvanttiominaisuuksia, joita kutsutaan kvanttibitteiksi tai "kubiteiksi".
IBM 7 Qubit Device. Kuva: Flickr
Yalen yliopiston laboratoriossane on luotu suprajohtavista piireistä, jotka on jäähdytetty 100 kertaa alhaisempiin lämpötiloihin kuin ulkoavaruudessa. Jokainen kubitti edustaa yhtä tai nollaa, tai kummallista kyllä, sekä yhtä että nollaa samanaikaisesti. Tämä "kvanttirintakkaisuus" on yksi ominaisuuksista, jonka avulla kvanttitietokoneet voivat suorittaa laskelmia. Mahdollisesti - useita suuruusluokkia nopeammin kuin on mahdollista klassisissa supertietokoneissa.
Mikä kvanttilaskentaa vaivaa?
Kvanttijärjestelmät ovat kuitenkin hauraita. Heitä kummittelee dekoherenssin perusilmiö – prosessi, jossa kubitteihin tallennettu tieto menettää nopeasti kvanttiominaisuuksiensa vuorovaikutuksensa seurauksena ympäristön kanssa. Yksinkertaisesti sanottuna kaikki ulkoisen ympäristön häiriöt häiritsevät tällaisten järjestelmien toimintaa ja tekevät niistä mahdottomia. Tämä estää kvanttitietokoneiden toteuttamisen kaikkialla.
Ratkaisu on olemassa, mutta se ei ole niin yksinkertaista
Kvanttivirheen korjaus, joka on teoriassavuonna 1995 löydetty, tarjoaa keinon torjua tätä epäjohdonmukaisuutta. Se suojaa kvanttibittiä tietoa koodaamalla sen suurempaan järjestelmään kuin yleensä tarvitaan yhden kubitin esittämiseen.
IBM 16 Qubit -prosessori. Kuva: Flickr
Tämä suurempi järjestelmä kuitenkin vaikuttaaympäristö on vieläkin aggressiivisempi ja koodattu qubit on hauraampi. Tämän vaikutuksen ja ylimääräisiin virheenkorjauskomponentteihin liittyvien komplikaatioiden vuoksi tämä prosessi ei pidentänyt kvanttibitin käyttöikää käytännössä. Tutkijat sanovat, että itse asiassa jopa korjaamattoman kubitin rikkominen on harvinainen tapahtuma. Vastoin teoreettisia lupauksia, useimmissa kokeissa virheenkorjaus nopeuttaa kvanttiinformaation dekoherenssia.
Mitä tutkijat ovat tehneet?
Kokeen aikana tutkijat osoittivat ensimmäistä kertaaettä lisääntyvä järjestelmän redundanssi, aktiivinen kvanttivirheiden havaitseminen ja korjaaminen varmistivat kvanttitiedon lisääntyneen vakauden. ”Kokeemme osoittaa, että kvanttivirheen korjaus on todellinen, käytännöllinen työkalu. Tämä on enemmän kuin pelkkä periaatteen osoitus”, fyysikko selittää.
Ryhmä tutkijoita on onnistunut yli kaksinkertaistamaan kvanttitiedon eliniän. Heidän virheenkorjauskubittinsa kesti 1,8 millisekuntia – kvanttilaskennassa kaikki tapahtuu nopeasti.
He saavuttivat tuloksia käyttämällä koodiavirheenkorjausohjelmisto, joka keksittiin vuonna 2001. "Kyllä, alallamme on viiveitä teoreettisten ehdotusten ja niiden käytännön toteutuksen välillä", Michael Devorette selittää.
Kuva kubiteista. Luotto: Yalen yliopisto
Artikkelin johtava kirjoittaja Vladimir Sivak totesi tämänSuorituskyky saavutettiin osittain käyttämällä koneoppimisagenttia. Hän räätälöi virheenkorjausprosessin tuloksen parantamiseksi.
"Tässä ei ole yhtä ainoaa läpimurtoaantoi meille mahdollisuuden saada tämä tulos. Itse asiassa se on yhdistelmä useita viime vuosien aikana kehitettyjä teknologioita. Yhdistimme tässä kokeessa selitti Devoretin laboratorion opiskelija, joka on nyt Googlen tutkija.
Miksi se on niin tärkeää?
Kvanttilaskennan käytännön menestys tulee olemaanriippuvat kyvystä luoda erittäin korkealaatuisia kvanttibittejä käyttämällä kvanttivirheen korjausta. Uusi kokeilu vahvistaa kvanttilaskentaa koskevan kulmakivi-oletuksen. Kaksinkertaistamalla kubitin eliniän tutkijat ovat osoittaneet keskeisen kvanttifysiikan teorian. "Tämä on erittäin rohkaisevaa", tutkimuksen kirjoittajat päättelevät.
Lue lisää:
Löysin tavan alentaa verensokeria ilman insuliini-injektioita
Tiedemiehet uskovat, että maailmankaikkeuden muoto ei ole sitä, mitä kaikki ajattelevat
NASA-helikopteri näytti auringonlaskua Marsissa. Se ei näytä maalta.
Kannen kuva: geralt