Dowodzi tego eksperyment przeprowadzony przez Michaela Devorette'a z Uniwersytetu Yale
Co to są kubity?
Informacje pojawiają się w klasycznym informatycew postaci bitów odpowiadających jedynkom lub zerom. W obliczeniach kwantowych jest on przechowywany w specjalnych urządzeniach o właściwościach kwantowych, zwanych bitami kwantowymi lub „kubitami”.
Urządzenie IBM 7 Qubit. Zdjęcie: Flickr
W laboratorium na Uniwersytecie Yalepowstają z obwodów nadprzewodzących schładzanych do temperatur 100 razy niższych niż w kosmosie. Każdy kubit reprezentuje jeden lub zero, lub, co dziwne, jednocześnie jeden i zero. Ta „równoległość kwantowa” jest jedną z właściwości, która umożliwia komputerom kwantowym wykonywanie obliczeń. Potencjalnie – o kilka rzędów wielkości szybciej, niż jest to możliwe na klasycznych superkomputerach.
Jaki jest problem z komputerami kwantowymi?
Jednak systemy kwantowe są kruche. Nawiedza ich podstawowe zjawisko dekoherencji – procesu, w którym informacja przechowywana w kubitach szybko traci swoje właściwości kwantowe w wyniku ich interakcji z otoczeniem. Krótko mówiąc, jakakolwiek ingerencja ze środowiska zewnętrznego zakłóca działanie takich systemów, uniemożliwiając je. Uniemożliwia to wdrażanie komputerów kwantowych wszędzie.
Istnieje rozwiązanie, ale nie jest ono takie proste
Kwantowa korekcja błędów, czyli teoretycznieodkryta w 1995 r., oferuje środki do zwalczania tej dekoherencji. Chroni kwantowy fragment informacji, kodując go w większym systemie, niż jest to zazwyczaj konieczne do przedstawienia pojedynczego kubitu.
Procesor IBM 16 Qubit. Zdjęcie: Flickr
Jednak ten większy system robi wrażenieśrodowisko jest jeszcze bardziej agresywne, a zakodowany kubit jest bardziej delikatny. Ze względu na ten efekt i komplikacje związane z dodatkowymi komponentami korekcji błędów, proces ten w praktyce nie przedłużył żywotności bitu kwantowego. Naukowcy twierdzą, że tak naprawdę osiągnięcie progu rentowności nawet przy nieskorygowanym kubicie jest zjawiskiem rzadkim. Wbrew obietnicom teoretycznym, w większości eksperymentów korekcja błędów przyspiesza dekoherencję informacji kwantowej.
Co zrobili naukowcy?
Podczas eksperymentu naukowcy pokazali po raz pierwszyże zwiększenie redundancji systemu, aktywne wykrywanie i korekcja błędów kwantowych zapewniło większą stabilność informacji kwantowej. „Nasz eksperyment dowodzi, że korekcja błędów kwantowych jest realnym i praktycznym narzędziem. To coś więcej niż tylko demonstracja zasady” – wyjaśnia fizyk.
Grupie naukowców udało się ponad dwukrotnie wydłużyć czas życia informacji kwantowej. Ich kubit korygujący błędy trwał 1,8 milisekundy – w obliczeniach kwantowych wszystko dzieje się szybko.
Osiągnęli wyniki za pomocą koduoprogramowanie do korekcji błędów, które zostało wynalezione w 2001 roku. „Tak, w naszej branży występują opóźnienia między propozycjami teoretycznymi a ich praktycznym wdrożeniem” – wyjaśnia Michael Devorette.
Ilustracja kubitów. Źródło: Uniwersytet Yale
Stwierdził to Władimir Sivak, główny autor artykułuWydajność została częściowo osiągnięta dzięki zastosowaniu agenta uczenia maszynowego. Dostosował proces korekcji błędów, aby poprawić wynik.
„Nie ma jednego przełomupozwoliło nam uzyskać taki wynik. Tak naprawdę jest to połączenie różnych technologii opracowanych na przestrzeni ostatnich kilku lat. Połączyliśmy w tym eksperymencie wyjaśnienia studenta w laboratorium Devoreta, obecnie badacza Google.
Dlaczego jest to takie ważne?
Praktyczny sukces obliczeń kwantowych będziezależą od możliwości tworzenia bitów kwantowych o niezwykle wysokiej jakości przy użyciu kwantowej korekcji błędów. Nowy eksperyment potwierdza podstawowe założenie dotyczące obliczeń kwantowych; Podwajając żywotność kubitu, badacze udowodnili kluczową teorię fizyki kwantowej. „To bardzo zachęcające” – podsumowują autorzy badania.
Czytaj więcej:
Znalazł sposób na obniżenie poziomu cukru we krwi bez zastrzyków z insuliny
Naukowcy uważają, że kształt wszechświata nie jest taki, jak wszyscy myślą
Helikopter NASA pokazał zachód słońca na Marsie. To nie wygląda jak ziemia.
Ilustracja na okładce: Geralt