Hiljainen ongelma kvanttilaskennassa
Okei, tässä on jotain hurjaa: kvanttitietokoneet voivat teoreettisesti ratkaista ongelmia, joiden ratkaisuun tavallisilla tietokoneilla kuluu aikaa kauemmin kuin maailmankaikkeuden ikä. Mutta siinä on koukku – ja se on iso.
Nämä koneet ovat uskomattoman hauraita. Ne hajoavat pienimmästäkin häiriöstä. Puhutaan esimerkiksi puhelimestasi tulevasta elektromagneettisesta häiriöstä tai jopa ympäristössä leijuvista irrallisista sähkövarauksista.
Kuvittele, että yrität tehdä täydellisen käsitien hyppivällä trampoliinilla, kun joku kuiskaa satunnaisia numeroita korvaasi. Suunnilleen näin kvanttilaskenta näyttää koneen sisältä.
Esittelyssä superfluidihelium-qubit
Surreyn yliopiston tutkijat julkaisivat juuri kiehtovan tutkimuksen. He ovat suunnitelleet täysin uudenlaisen qubitin – kvantti-informaation perusyksikön – käyttämällä aineksena superfluidia helium-3:a.
Superfluidi helium on jo valmiiksi melko outoa. Se on heliumia, joka on jäähdytetty lähelle absoluuttista nollapistettä, jolloin siitä tulee nestettä, joka voi virrata ilman kitkaa. Se kiipeää seinät ylös, pakenee astioista ja käyttäytyy tavoilla, jotka saavat fyysikot innostumaan.
Mutta tässä on todella ovela osa: tämä superfluidi helium on varaukseton. Toisin kuin nykyään useimmissa kvanttitietokoneissa käytettävät suprajohtavat qubitit, se ei kanna sähkövarausta.
Tiedät, kuinka hiuksesi tarttuvat ilmapalloon staattisen sähkön vuoksi? Se on sähkövarauksen aiheuttamaa häiriötä. Samanlaista häiriötä kärsivät nykyiset kvanttitietokoneet jatkuvasti. Koska Surrey-tutkijat käyttävät aineksena nollavarauksellista materiaalia, he uskovat suunnittelunsa luontevasti välttävän nämä ongelmat.
He kutsuvat luomustaan SHOQ-laitteeksi – mikä rehellisesti sanottuna kuulostaa siltä, kuin se pitäisi olla supersankari tai erityisen aggressiivinen kunto-ohjelma. (Superfluid Helium Oscillator Quantum, jos olet utelias.)
Miksi 100 kertaa pienempi virhemäärä on merkityksellinen
Tutkijat laskivat, että heidän suunnittelunsa virhemäärä voisi olla noin 100 kertaa pienempi kuin nykyisten suprajohtavien qubitien.
Katsotaanpa sitä perspektiivistä. Kuvittele, että yrität lähettää tekstiviestiä, mutta 1 joka sadasta merkkistä muuttuu satunnaisesti. Ärsyttävää, eikö? Nyt kuvittele, että vain 1 joka 10 000:sta merkkistä muuttuu. Siinä on ero.
Tällä on valtava merkitys skaalautuvuudelle – kyvylle rakentaa suurempia ja tehokkaampia kvanttitietokoneita. Tällä hetkellä qubitien lisääminen järjestelmään tekee virheiden hallinnasta eksponentiaalisesti vaikeampaa. Se on kuin olisi jugglingia, johon lisätään lisää palloja; lopulta jotain putoaa.
Jos SHOQ-laite toteuttaa edes lähelle sitä, mitä matematiikka ennustaa, se voi muuttaa koko kvanttilaskennan kehityskartan.
Ei korvaaja – vaan tiimikaveri
Tässä on jotain, mistä pidän tässä tutkimuksessa: tiimi ei väitä, että superfluidi helium korvaisi olemassa olevan kvanttilaitteiston. Sen sijaan he näkevät eri qubit-tyyppien toimivan yhdessä.
Tohtori Eran Ginossar muotoili sen hienosti: "Emme välttämättä tarvitse yhtä qubit-tyyppiä tek