Komputer kwantowy gotowy na korekcję błędów

[KopalniaWiedzy.pl 357]

Na Uniwersytecie Kalifornijskim w Santa Barbara (UCSB) skonstruowano niewielki komputer kwantowy, który jako pierwszy w historii umożliwia zastosowanie mechanizmów korekcji błędów. Osiągnięcie to przybliża moment praktycznego wykorzystania maszyn kwantowych.

Błędy podczas obliczeń występują również we współcześnie używanych klasycznych komputerach. Stosowane mechanizmy korekcji pozwalają na ich naprawienie. Jednak, by taki mechanizm spełnił swoje zadanie algorytm, który jest poprawiany, powinien pracować z dokładnością powyżej 99%.

NA UCSB powstał pierwszy kwantowy algorytm, którego dokładność przekracza wspomniane 99%. Dokonaliśmy znaczącej poprawy dokładności, przekroczyliśmy tę ważną granicę i zrobiliśmy to w taki sposób, że będziemy mogli skalować naszą technikę na coraz więcej i więcej kubitów - mówi jeden z twórców prototypu, profesor fizyki John Martinis.

Martinis i jego zespół wykorzystali jeden z możliwych rodzajów obwodów kwantowych, łącze Josephsona. To dwie warstwy nadprzewodnika przedzielone izolatorem. Naukowcy stworzyli superkomputer składający się z pięciu kubitów i wykazali, że dla kwantowej bramki logicznej składającej się z jednego kubitu uzyskali dokładność obliczeń sięgającą 99,92%, natomiast dla bramki w skład której wchodziły dwa kubity dokładność wynosiła 99,4%.

Pięć wspomnianych kubitów było połączonych liniowo, co umożliwia stworzenie dwuwymiarowej struktury kubitów na podobieństwo szachownicy. W takiej architekturze „białe pola” będą reprezentowały kubity dokonujące operacji logicznych, a „czarne pola” to kubity odpowiedzialne za korektę błędów. Naukowcy muszą jeszcze poradzić sobie z poważnym problemem jakim jest zakłócanie pracy kubitu przez kubity sąsiadujące, jednak eksperymenty wykazały, że tego typu architektura może sprawdzić się w praktyce. Prawa fizyki leżące u podstaw łączenia i kontroli kubitów nie ulegną zmianie. Musimy poradzić sobie z okablowaniem i kontrolą struktury 2D bez zmniejszania efektywności jej pracy. To będzie wyzwanie z inżynieryjnego punktu widzenia - mówi Rami Barends, jeden z twórców komputera.

Dodatkową zaletą eksperymentów z Santa Barbara jest wykorzystanie do budowy komputera ciał stałych, takich jak aluminium i szafir. Taka architektura bardziej przypomina współczesne komputery i prawdopodobnie łatwiej będzie z nią pracować i ją skalować niż rozwiązania testowane przez wiele innych grup, które wykorzystują pułapki jonowe, w których za pomocą pól elektromagnetycznych kontrolują unoszące się w przestrzeni atomy.

Teraz naukowcy z UCSB przygotowują się do przeprowadzenia serii eksperymentów z wykorzystaniem mechanizmu korekcji błędów. Eksperymenty prowadzone wcześniej przez inne zespoły wykazały, że w komputerach kwantowych można przeprowadzać korekcję poważnych, celowo wprowadzanych błędów. Uczeni z Santa Barbara chcą korygować drobne błędy, które w sposób naturalny samoistnie pojawiają się w ciągu operacji dokonywanych przez kwantową maszynę.

« powrót do artykułu