ในที่สุดทฤษฎีสำคัญของฟิสิกส์ควอนตัมได้รับการพิสูจน์แล้ว หลัก

การทดลองที่นำโดย Michael Devorette จากมหาวิทยาลัย Yale พิสูจน์ได้ว่า

การแก้ไขข้อผิดพลาดควอนตัมใช้งานได้จริงสิ่งนี้เกิดขึ้นหลายทศวรรษหลังจากที่นักฟิสิกส์เสนอพื้นฐานทางทฤษฎีของมัน การแก้ไขข้อผิดพลาดควอนตัมเป็นกระบวนการที่ออกแบบมาเพื่อรักษาข้อมูลควอนตัมไม่เปลี่ยนแปลงเป็นระยะเวลานานกว่าการจัดเก็บข้อมูลเดียวกันในส่วนประกอบฮาร์ดแวร์โดยไม่มีการแก้ไขใดๆ

qubits คืออะไร?

ข้อมูลในคอมพิวเตอร์แบบคลาสสิกมาในรูปของบิตที่สอดคล้องกับค่าหนึ่งหรือศูนย์ ในการคำนวณควอนตัม ข้อมูลจะถูกจัดเก็บไว้ในอุปกรณ์พิเศษที่มีคุณสมบัติควอนตัม ซึ่งเรียกว่าบิตควอนตัมหรือ "คิวบิต"

อุปกรณ์ IBM 7 Qubit รูปถ่าย: Flickr

ในห้องทดลองที่มหาวิทยาลัยเยลพวกมันถูกสร้างขึ้นจากวงจรตัวนำยิ่งยวดที่ถูกทำให้เย็นลงจนถึงอุณหภูมิที่ต่ำกว่าในอวกาศถึง 100 เท่า แต่ละคิวบิตแทนค่าหนึ่งหรือศูนย์ หรือที่น่าแปลกคือทั้งหนึ่งและศูนย์ในเวลาเดียวกัน “ความเท่าเทียมของควอนตัม” นี้เป็นหนึ่งในคุณสมบัติที่ช่วยให้คอมพิวเตอร์ควอนตัมสามารถคำนวณได้ อาจเป็นไปได้ว่ามีหลายลำดับความสำคัญเร็วกว่าที่เป็นไปได้ในซูเปอร์คอมพิวเตอร์แบบคลาสสิก

ปัญหาของควอนตัมคอมพิวเตอร์คืออะไร?

อย่างไรก็ตาม ระบบควอนตัมมีความเปราะบางพวกเขาถูกหลอกหลอนด้วยปรากฏการณ์พื้นฐานของการแยกส่วน ซึ่งเป็นกระบวนการที่ข้อมูลที่จัดเก็บไว้ในคิวบิตจะสูญเสียคุณสมบัติควอนตัมอย่างรวดเร็วอันเป็นผลมาจากการมีปฏิสัมพันธ์กับสิ่งแวดล้อม กล่าวง่ายๆ ก็คือ การรบกวนจากสภาพแวดล้อมภายนอกจะรบกวนการทำงานของระบบดังกล่าว ทำให้เป็นไปไม่ได้ สิ่งนี้จะป้องกันไม่ให้คอมพิวเตอร์ควอนตัมถูกนำไปใช้ทุกที่

มีวิธีแก้ไขแต่มันไม่ง่ายขนาดนั้น

การแก้ไขข้อผิดพลาดควอนตัมซึ่งเป็นไปในทางทฤษฎีค้นพบในปี 1995 เสนอวิธีการต่อสู้กับความไม่สอดคล้องนี้ โดยจะปกป้องข้อมูลควอนตัมบิตโดยการเข้ารหัสลงในระบบที่มีขนาดใหญ่กว่าที่จำเป็นโดยทั่วไปในการแสดงควิบิตเดี่ยว

โปรเซสเซอร์ IBM 16 Qubit รูปถ่าย: Flickr

อย่างไรก็ตาม ระบบที่ใหญ่กว่านี้สร้างผลกระทบสภาพแวดล้อมมีความก้าวร้าวมากขึ้น และ qubit ที่เข้ารหัสก็เปราะบางมากขึ้น เนื่องจากผลกระทบนี้และภาวะแทรกซ้อนที่เกี่ยวข้องกับส่วนประกอบการแก้ไขข้อผิดพลาดเพิ่มเติม กระบวนการนี้จึงไม่ยืดอายุของควอนตัมบิตในทางปฏิบัติ นักวิจัยกล่าวว่าในความเป็นจริงแล้ว การคุ้มทุนแม้กระทั่งควิบิตที่ไม่ถูกแก้ไขนั้นเป็นเหตุการณ์ที่เกิดขึ้นได้ยาก ตรงกันข้ามกับคำสัญญาทางทฤษฎี ในการทดลองส่วนใหญ่ การแก้ไขข้อผิดพลาดจะช่วยเร่งการแยกส่วนข้อมูลควอนตัมให้เร็วขึ้น

นักวิทยาศาสตร์ได้ทำอะไร?

ในระหว่างการทดลอง นักวิทยาศาสตร์ได้แสดงให้เห็นเป็นครั้งแรกการเพิ่มความซ้ำซ้อนของระบบ การตรวจจับเชิงรุก และการแก้ไขข้อผิดพลาดควอนตัม ช่วยให้มั่นใจได้ถึงความเสถียรของข้อมูลควอนตัมที่เพิ่มขึ้น “การทดลองของเราพิสูจน์ว่าการแก้ไขข้อผิดพลาดควอนตัมเป็นเครื่องมือที่ใช้งานได้จริง นี่เป็นมากกว่าการสาธิตหลักการนี้” นักฟิสิกส์อธิบาย

นักวิทยาศาสตร์กลุ่มหนึ่งสามารถจัดการข้อมูลควอนตัมได้นานกว่าสองเท่า ควิบิตแก้ไขข้อผิดพลาดใช้เวลา 1.8 มิลลิวินาที—ในการคำนวณควอนตัม ทุกอย่างเกิดขึ้นอย่างรวดเร็ว

พวกเขาได้รับผลลัพธ์โดยใช้โค้ดซอฟต์แวร์แก้ไขข้อผิดพลาดซึ่งคิดค้นขึ้นเมื่อปี พ.ศ. 2544 “ใช่ ในสาขาของเรา มีความล่าช้าระหว่างข้อเสนอทางทฤษฎีและการปฏิบัติ” Michael Devorette อธิบาย

ภาพประกอบของคิวบิต เครดิต: มหาวิทยาลัยเยล

Vladimir Sivak ผู้เขียนบทความกล่าวว่าประสิทธิภาพบางส่วนเกิดขึ้นได้จากการใช้เอเจนต์แมชชีนเลิร์นนิง เขาปรับแต่งกระบวนการแก้ไขข้อผิดพลาดเพื่อปรับปรุงผลลัพธ์

“ไม่มีการพัฒนาครั้งใดเกิดขึ้นได้แม้แต่ครั้งเดียวทำให้เราได้รับผลลัพธ์นี้ อันที่จริงมันเป็นการผสมผสานระหว่างเทคโนโลยีต่าง ๆ ที่พัฒนาขึ้นในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา เราได้รวมไว้ในการทดลองนี้ และได้อธิบายนักเรียนคนหนึ่งในห้องทดลองของ Devoret ซึ่งปัจจุบันเป็นนักวิจัยของ Google

ทำไมมันถึงสำคัญมาก?

ความสำเร็จเชิงปฏิบัติของการคำนวณควอนตัมจะเป็นเช่นไรขึ้นอยู่กับความสามารถในการสร้างบิตควอนตัมคุณภาพสูงมากโดยใช้การแก้ไขข้อผิดพลาดของควอนตัม การทดลองใหม่ยืนยันสมมติฐานหลักเกี่ยวกับการคำนวณควอนตัม นักวิจัยได้พิสูจน์ทฤษฎีสำคัญในฟิสิกส์ควอนตัมด้วยการเพิ่มอายุของควิบิตเป็นสองเท่า “นี่เป็นการให้กำลังใจอย่างมาก” ผู้เขียนการศึกษาสรุป

อ่านเพิ่มเติม:

พบวิธีลดน้ำตาลในเลือดโดยไม่ต้องฉีดอินซูลิน

นักวิทยาศาสตร์เชื่อว่ารูปร่างของเอกภพไม่ได้เป็นอย่างที่ทุกคนคิด

เฮลิคอปเตอร์ของ NASA แสดงพระอาทิตย์ตกบนดาวอังคาร ดูไม่เหมือนดิน

ภาพประกอบจากปก: Geralt