A kvantumszámítástechnika csendes problémája
Rendben, itt valami vad dolog: a kvantumszámítógépek elméletileg olyan problémákat képesek megoldani, amelyek megoldása a hagyományos számítógépeknek az univerzum életkoránál is több időbe telne. De van egy csapda — és ez egy nagy csapda.
Ezek a gépek hihetetlenül törékenyek. A legkisebb zavar hatására szétesnek. Olyan apró dolgokról beszélünk, mint a telefonunkból származó elektromágneses interferencia, vagy akár a környezetben lebegő, szórványos elektromos töltések.
Képzeljük el, mintha egy pattogó trampolinon próbálnánk tökéletes kézenállást csinálni, miközben valaki véletlenszerű számokat suttog a fülünkbe. Pontosan így néz ki a kvantumszámítógép belsejéből.
Íme a szuperfolyékony hélium qubit
A Surrey-i Egyetem kutatói nemrég valami lenyűgözőt publikáltak. Egy teljesen új típusú qubitet terveztek — a kvantuminformáció alapegységét — úgy, hogy szuperfolyékony hélium-3-at használtak.
Nos, a szuperfolyékony hélium már önmagában is elég furcsa dolog. Ez a hélium abszolút nullához közeli hőmérsékletre hűtve, ahol súrlódás nélkül folyó folyadékká válik. Felmászik a falakra, kiszökik a tartályokból, és olyan viselkedést tanúsít, ami a fizikusokat a lelkesedéstől „nerd”-dé teszi.
De itt jön a valóban ravasz rész: ez a szuperfolyékony hélium töltéssemleges. Ellentétben a mai kvantumszámítógépekben használt szupravető qubitekkel, ez nem hordoz elektromos töltést.
Tudjátok, amikor a hajunk odaragad egy lufihoz a statikus elektromosság miatt? Ez az elektromos töltés „csínytevése”. Ugyanilyen interferencia zavarja folyamatosan a mai kvantumszámítógépeket. A Surrey-i csapat úgy véli, hogy egy nulla töltésű elem alkalmazásával a tervezésük természeténél fogva kikerülheti ezeket a problémákat.
Alkotásukat SHOQ eszköznek nevezik — ami őszintén szólva úgy hangzik, mint egy szuperhős vagy egy különösen agresszív edzésprogram. (Superfluid Helium Oscillator Quantum, ha kíváncsiak vagytok.)
Miért számít, hogy százszor kevesebb hiba
A kutatók kiszámolták, hogy tervezésük hibaráta körülbelül százszor alacsonyabb lehet, mint a jelenlegi szupravető qubieké.
Hogy ezt kontextusba helyezzük: képzeljük el, hogy üzenetet próbálunk küldeni, de minden századik karakter véletlenszerűen megváltozik. Idegesítő, igaz? Most képzeljük el, hogy csak minden tízezredik karakter változik meg. Ez a különbség.
Ez rendkívül fontos a skálázhatóság szempontjából — vagyis annak képessége, hogy nagyobb és erősebb kvantumszámítógépeket építsünk. Jelenleg, ha több qubitet adunk egy rendszerhez, a hibák kontrollja exponenciálisan nehezebbé válik. Olyan, mint amikor juggling közben egyre több labdát adunk a levegőbe; előbb-utóbb valami leejik.
Ha az SHOQ eszköz még csak közelíti is azt, amit a matematika jósol, az megváltoztathatja a kvantumszámítástechnika teljes fejlesztési térképét.
Nem csere — hanem csapattag
Van valami, amit szeretek ebben a kutatásban: a csapat nem azt állítja, hogy a szuperfolyékony hélium felváltja a meglévő kvantumszámítógépes hardvereket. Ehelyett azt envisionálják, hogy a különböző qubit