Oamenii de știință creează „universuri microscopice" pentru a rezolva cea mai mare problemă a calculatoarelor cuantice

Trebuie să vă povestesc despre ce s-a întâmplat recent în lumea calculului cuantic. Și sincer? Este extrem de interesant.

Problema cu computerele cuantice

Gândiți-vă așa: calculatoarele cuantice de azi sunt incredibil de fragile. Șoptești ceva greșit și totul se prăbușește. Pentru a remedia asta, oamenii de știință împrăștie informația pe mulți qubiți (echivalentul cuantic al biților obișnuiți), creând un fel de nor de protecție. Sună bine, dar apare o nouă problemă.

Când vrei să folosești efectiv informația aceea protejată, dai de un zid. Există un pas costisitor, numit „distilarea stărilor magice", care consumă o bună parte din puterea unui computer cuantic doar pentru a pregăti resurse speciale. Este ca și cum ai avea un punct de taxare scump prin care trebuie să treci de fiecare dată când vrei să faci ceva.

Care este soluția?

O echipă de la Universitatea din Chicago, Harvard, Stony Brook și Quantinuum a publicat în Nature o cercetare care arată că o abordare diferită ar putea ocoli complet această problemă. În loc să se bazeze pe acele stări magice scumpe, au demonstrat că așa-numitele anyoni non-Abelieni ar putea face treaba mult mai eficient.

Și aici devine cu adevărat interesant. Acești anyoni nu sunt particule pe care le găsești prin natură. Oamenii de știință le creează prin întrepătrunderea (entanglement) a zeci de qubiți obișnuiți într-o stare colectivă specială. Rezultatul? Ceva care se comportă ca un tip complet nou de particulă, cu regulile lui ciudate.

Ruben Verresen de la Harvard, unul dintre autorii studiului, a descris-o într-un mod care mi-a rămas în minte: „Modul în care mă gândesc la aceste coduri este că ele creează mici universuri — universuri alternative, dar care reflectă unele dintre proprietățile universului nostru."

Cât de cool este asta? Creăm universuri minuscule direct în circuitele cuantice.

De ce nu a funcționat până acum?

Echipa a încercat de fapt o versiune a acestei abordări anul trecut, folosind ceea ce oamenii de știință numesc simetrie D4 (gândiți-vă la rotațiile și flip-urile care lasă un pătrat neschimbat). Au creat cu succes acești anyoni și i-au mișcat în jur — un proces numit „împletire" (braiding). Dar iată problema: împletirea singură nu era suficientă. Universul lor cuantic minuscul nu era destul de puternic pentru orice tip de calcul.

Pentru noul studiu, au trecut la simetria S3 (mișcările care lasă un triunghi echilateral neschimbat) și au combinat împletirea cu o altă operație numită fuziune — unde aduci doi anyoni împreună și măsori ce iese. Această combinație a deblocat toată puterea de care aveau nevoie.

De ce ar trebui să vă pese?

Contă pentru că echipa a arătat că poate crea un „set universal de porți" — adică sistemul lor poate efectua teoretic orice calcul cuantic. Miști aceste particule emergente în secvența potrivită și poți face orice.

Partea cu adevărat promițătoare? Această abordare ar putea face calculul cuantic tolerat la erori mult mai practic, eliminând necesitatea întregii pregătiri scumpe a stărilor magice. Cum a spus Henrik Dreyer de la Quantinuum, codurile non-Abeliene au fost un „cal neglijat" în cursa corecției erorilor cuantice — o abordare subestimată care ar putea surprinde pe toată lumea.

Mai suntem probabil ani distanță de aplicații practice, dar asta pare una dintre acele descoperiri care ar putea schimba cu adevărat drumul înainte. Uneori cele mai bune soluții nu sunt cele evidente — uneori trebuie să îți creezi propriul univers mic pentru a le găsi.

Sursă: ScienceDaily