Kvantdatorernas största problem kan snart vara löst

Låt mig berätta om något som precis hänt inom kvantfysiken. Något som faktiskt får mig att vilja ringa runt till alla jag känner.

Problemet med dagens kvantdatorer

Saken är den. Kvantdatorer är otroligt känsliga. Viskar du fel ord så rasar hela beräkningen ihop. För att hantera det sprider forskare ut informationen över massor av qubits – kvantdatorernas motsvarighet till vanliga ettor och nollor. Tänk dig ett slags skyddande moln.

Hjälper det? Ja, delvis. Men det skapar nya problem.

För när du väl ska använda den skyddade informationen stöter du på en vägg. Det finns ett steg som heter "magic state distillation" – och det suger resurser som ingenjören står ut. Hela kvantdatorns kraft går åt bara för att förbereda specialresurser inför selve beräkningen. Det är som en jättedyr bom som du måste passera varenda gång du vill få något gjort.

Lösningen

En forskargrupp från University of Chicago, Harvard, Stony Brook och Quantinuum publicerade nyligen forskning i Nature. De visar att en helt annan metod kan kringgå hela problemet.

Istället för att förlita sig på dyra magiska tillstånd demonstrerade de att något som kallas icke-Abelska anyoner kan göra jobbet effektivare.

Och här blir det riktigt spännande.

Dessa anyoner är inte partiklar du hittar ute i naturen. Forskarna skapar dem genom att sammanfläta massor av vanliga qubits till ett speciellt kollektivt tillstånd. Resultatet? Något som beter sig som en helt ny typ av partikel med egna konstiga regler.

Harvardforskaren Ruben Verresen beskrev det på ett sätt som fastnade i mitt huvud: "Det sätt jag tänker på de här koderna är att de skapar små universum – alternativa universum, men sådana som speglar egenskaper från vårt eget."

Hur coolt är inte det? Vi skapar bokstavligen fickuniversum inne i kvantkretsar.

Varför har det inte funkat förut?

Forskarna testade faktiskt en version av den här metoden förra året. Då använde de så kallad D4-symmetri – tänk dig rotationer och speglingar som lämnar en kvadrat oförändrad. De lyckades skapa anyoner och flytta runt dem, en process som kallas "flätning". Men här kom problemet: flätning ensamt räckte inte. Deras lilla kvantuniversum orkade inte med alla typer av beräkningar.

För den nya studien bytte de till S3-symmetri – rörelserna som lämnar en liksidig triangel oförändrad. Och de kombinerade flätning med något som heter fusion – där du för samman två anyoner och mäter vad som kommer ut.

Den kombinationen öppnade den fulla kraft de behövde.

Varför borde du bry dig?

Jo, för forskarna visade att de kunde skapa en "universell grinduppsättning" – forskarspråk för att deras system teoretiskt kan utföra vilken kvantberäkning som helst. Flytta runt dessa uppdykande partiklar i rätt ordning, och du kan göra vad som helst.

Den riktigt lovande delen? Metoden kan göra feltolerant kvantberäkning mycket mer praktisk genom att eliminera behovet av dyr magisk tillståndsförberedelse. Som Henrik Dreyer från Quantinuum uttryckte det: icke-Abelska koder har varit ett "dark horse" i kapprustningen om kvantfelkorrigering – en underdog som kanske överraskar alla.

Vi är fortfarande antagligen år ifrån praktiska tillämpningar. Men det här känns som ett av de genombrott som faktiskt kan förändra hela riktningen.

Ibland är de bästa lösningarna inte de uppenbara. Ibland måste du skapa ditt eget lilla universum för att hitta dem.

** Källa:** ScienceDaily