Kwantowe uniwersa w zepsutym układzie scalonym

Muszę ci powiedzieć o czymś, co właśnie wydarzyło się w świecie komputerów kwantowych. I szczerze? To jest naprawdę fascynujące.

Problem, który trzeba było rozwiązać

Komputery kwantowe to w tej chwili niesamowicie delikatne stwory. Wystarczy, że szepniesz coś nie tak i cała obliczenia biorą w łeb. Naukowcy próbują to naprawić, rozrzucając informacje na wiele kubitów — kwantowych odpowiedników zwykłych bitów. Możesz to sobie wyobrazić jako coś w rodzaju ochronnej chmury wokół danych. Problem rozwiązany? No cóż, nie do końca.

Kiedy chcesz faktycznie coś zrobić z tymi zabezpieczonymi informacjami, wpadasz na mur. Jest taki kosztowny krok, który nazywa się "destylacją stanów magicznych". Zabiera ogromną część mocy obliczeniowej komputera kwantowego — po prostu po to, żeby przygotować specjalne zasoby do obliczeń. To jakby budowanie bardzo drogni bramki na autostradzie, przez którą musisz płacić za każdym razem, gdy chcesz cokolwiek zrobić.

Co nowego?

Zespół z University of Chicago, Harvardu, Stony Brook i firmy Quantinuum właśnie opublikował badania w Nature. Pokazali, że inne podejście może całkowicie ominąć ten problem. Zamiast polegać na drogich stanach magicznych, zademonstrowali, że coś o nazwie anyony nieabelowe może wykonać tę robotę znacznie efektywniej.

A tutaj robi się naprawdę ciekawie. Te anyony to nie są cząstki, które znajdziesz sobie gdzieś w naturze. Naukowcy je tworzą, splątując ze sobą mnóstwo zwykłych kubitów w specjalny stan kolektywny. Efekt? Powstaje coś, co zachowuje się jak zupełnie nowy typ cząstki z własnymi dziwnymi regułami.

Ruben Verresen z Harvardu, jeden ze współautorów badania, powiedział to w sposób, który utkwił mi w głowie: "Myślę o tych kodach tak, że tworzą małe wszechświaty — alternatywne wszechświaty, ale takie, które odzwierciedlają niektóre właściwości naszego własnego."

Jakie to jest wspaniałe? Dosłownie tworzymy kieszonkowe wszechświaty wewnątrz obwodów kwantowych.

Dlaczego wcześniej to nie wychodziło?

Zespół próbował podobnego podejścia rok temu, używając tak zwanej symetrii D4 (myśl o obrotach i odbiciach, które zostawiają kwadrat bez zmian). Udało im się stworzyć te anyony i poruszać nimi — proces zwany "pleceniem". Ale był haczyk: samo plecenie nie wystarczało. Ich mały kwantowy wszechświat nie był wystarczająco mocny, żeby obsłużyć każdy typ obliczeń.

W nowym badaniu przeszli na symetrię S3 (ruchy, które zostawiają trójkąt równoboczny bez zmian) i połączyli plecenie z inną operacją o nazwie fuzja — gdzie zbliżasz do siebie dwa anyony i mierzysz, co z tego wychodzi. Ta kombinacja odblokowała pełną moc, jakiej potrzebowali.

Czemu to jest ważne?

To ma znaczenie, bo zespół pokazał, że może stworzyć "uniwersalny zestaw bramek" — co po naukowemu oznacza, że ich system może teoretycznie wykonać dowolne obliczenie kwantowe. Przesuwaj te emergentne cząstki w odpowiedniej kolejności, a zrobisz cokolwiek zechcesz.

Najbardziej obiecująca część? To podejście może sprawić, że odporne na błędy komputery kwantowe staną się znacznie bardziej praktyczne. Zniknie potrzeba całej tej kosztownej destylacji stanów magicznych. Jak to ujął Henrik Dreyer z Quantinuum, nieabelowe kody były "ciemnym koniem" w wyścigu o korekcję błędów kwantowych — niedocenianym podejściem, które może właśnie zaskoczyć wszystkich.

Wciąż jesteśmy pewnie lata od praktycznych zastosowań, ale to wygląda na jeden z tych przełomów, które mogą naprawdę zmienić drogę naprzód. Czasem najlepsze rozwiązania nie są oczywiste — czasem trzeba stworzyć własny mały wszechświat, żeby je znaleźć.

Źródło: ScienceDaily