Vi bygger universer inne i kvantedatamaskiner

Altså, jeg må bare fortelle deg om noe som akkurat skjedde i kvanteforskningens verden. Og ærlig talt? Dette er skikkelig spennende.

Problemet med dagens kvantedatamaskiner

Her er greia: Kvantedatamaskiner er utrolig skjøre. Bare si feil ting, så rakner hele beregningen. Forskerne har prøvd å løse dette ved å spre informasjonen over mange qubits – kvantetilstander som erstatter vanlige databiter. Tenk på det som et beskyttende skjold.

Men da dukker det opp et nytt problem.

Når du faktisk vil gjøre noe nyttig med den beskyttede informasjonen, treffer du en mur. Det finnes et dyrt og ressurskrevende steg som heter "magic state distillation". Det tar rett og slett en stor del av kvantedatamaskinens kraft bare for å forberede spesielle ressurser til selve utregningen. Tenk deg en bomstasjon du må betale ved hver eneste gang du vil jobbe.

Løsningen

En gruppe forskere fra University of Chicago, Harvard, Stony Brook og Quantinuum har nettopp publisert forskning i Nature som viser at en annen tilnærming kanskje kan omgå hele greia.

Istedenfor å stole på de dyre "magiske tilstandene", demonstrerte de at noe som kalles ikke-Abelske anyoner kan gjøre jobben mer effektivt.

Her blir det virkelig interessant. Disseanyonene er ikke partikler du finner ute i naturen. Forskerne lager dem ved å flette sammen masse vanlige qubits til en spesiell samlet tilstand. Resultatet? Noe som oppfører seg som en helt ny type partikkel med sine egne merkelige regler.

Harvard-forsker Ruben Verresen beskrev det på en måte som festet seg hos meg: "Slik jeg tenker på disse kodene, så skaper de små universer – alternative universer, men universer som gjenspeiler noen av egenskapene til vårt eget."

Hvor kult er ikke det? Vi lager bokstavelig talt lommefeller inne i kvantekretser.

Hvorfor har ikke dette fungert før?

Forskergruppen prøvde faktisk en versjon av denne tilnærmingen i fjor. Den gangen brukte de det forskerne kaller D4-symmetri – tenk på rotasjoner og speilinger som lar et kvadrat se uforandret ut. De klarte å lage disse anyonene og flytte dem rundt, en prosess som kalles "fletting" eller "braiding".

Men her er greia: Fletting alene var ikke nok. Det lille kvanteuniverset deres hadde ikke nok kraft til å håndtere alle typer beregninger.

For den nye studien byttet de til S3-symmetri – altså bevegelsene som lar en likesidet trekant forbli uendret. I tillegg kombinerte de fletting med noe som heter fusjon – der du tar to anyoner, slår dem sammen og måler hva som kommer ut. Den kombinasjonen ga dem all kraften de trengte.

Hvorfor bør du bry deg?

Dette er viktig fordi forskerne viste at de kunne lage en "universell portmengde" – eller "universal gate set" på fagspråket. Det betyr at systemet deres teoretisk sett kan utføre hvilken som helst kvanteberegning. Flytt disse oppdukkende partiklene rundt i riktig rekkefølge, og du kan i prinsippet gjøre alt.

Den virkelig lovende delen? Denne tilnærmingen kan gjøre feiltolerant kvanteberegning mye mer praktisk ved å fjerne behovet for all den dyre forberedelsen av magiske tilstander.

Som Henrik Dreyer fra Quantinuum sa det: ikke-Abelske koder har vært en "mørk hest" i kappløpet om kvantekorreksjon – en undervurdert tilnærming som kanskje overrasker alle.

Vi er nok fortsatt år unna praktiske anvendelser. Men dette føles som et av de forskningsgjennombruddene som kan endre veien videre. Noen ganger er de beste løsningene ikke de opplagte – noen ganger må du skape ditt eget lille univers for å finne dem.

Kilde: ScienceDaily