Cichy problem w obliczeniach kwantowych
Oto coś zaskakującego: komputery kwantowe mogą teoretycznie rozwiązywać problemy, których rozwiązania zwykłe komputery szukałyby dłużej, niż istnieje Wszechświat. Ale jest haczyk — i to duży.
Te maszyny są nieprawdopodobnie kruche. Rozpadają się przy najmniejszym nawet zakłóceniu. Mowa o czymś subtelnym, jak zakłócenia elektromagnetyczne od telefonu czy nawet błądzące ładunki elektryczne w otoczeniu.
Wyobraź sobie, że próbujesz utrzymać idealną stójkę na skaczącej trampolinie, podczas gdy ktoś szepce ci do ucha losowe liczby. Tak właśnie wygląda obliczenia kwantowe od środka maszyny.
Wita nas kubit z nadciekłego helu
Naukowcy z Uniwersytetu Surrey właśnie opublikowali fascynujące wyniki. Opracowali całkowicie nowy rodzaj kubitu — podstawowej jednostki informacji kwantowej — wykorzystując tzw. nadciekły hel-3.
Nadcieklý hel jest już sam w sobie dość dziwną substancją. To hel schłodzony do temperatury bliskiej zera bezwzględnego, gdzie staje się cieczą zdolną do przepływu bez żadnego tarcia. Wpełza po ścianach, wymyka się z naczyń i zachowuje się w sposób, który wprawia fizyków w zachwyt.
Ale tu kryje się prawdziwa sprytność: ten nadciekły hel jest neutralny pod względem ładunku. W przeciwieństwie do kubatów nadprzewodnikowych, używanych w większości dzisiejszych komputerów kwantowych, nie niesie on żadnego ładunku elektrycznego.
Wiesz, jak włosy przylegają do balonu z powodu elektryczności statycznej? To właśnie ładunek elektryczny daje o sobie znać. Ten sam rodzaj zakłóceń nieustannie zakłóca pracę dzisiejszych komputerów kwantowych. Używając materiału o zerowym ładunku, zespół z Surrey wierzy, że ich konstrukcja naturalnie omija te problemy.
Nazywają swoje urządzenie SHOQ — co szczerze mówiąc, brzmi jak imię superbohatera lub nazwa szczególnie agresywnego programu treningowego. (Superfluid Helium Oscillator Quantum, jeśli jesteś ciekawy.)
Dlaczego 100-krotnie mniejsza liczba błędów ma znaczenie
Naukowcy obliczyli, że ich konstrukcja może mieć wskaźnik błędów około 100 razy niższy niż obecne kubity nadprzewodnikowe.
Żeby to ująć w perspektywie: wyobraź sobie, że próbujesz wysłać wiadomość tekstową, ale 1 na 100 znaków zmienia się losowo. Denerwujące, prawda? A teraz wyobraź sobie, że zmienia się tylko 1 na 10 000 znaków. To właśnie ta różnica.
Ma to ogromne znaczenie dla skalowalności — zdolności do budowania większych i potężniejszych komputerów kwantowych. Obecnie dodawanie kolejnych kubitów do systemu sprawia, że kontrola błędów staje się wykładniczo trudniejsza. To jak żonglowanie z coraz większą liczbą piłek; w końcu coś upada.
Jeśli urządzenie SHOQ dostarczy choćby zbliżone do tego, co przewidują obliczenia, może to zmienić całą mapę drogową dla obliczeń kwantowych.
Nie zastąpienie — lecz partnerstwo
Oto coś, co bardzo mi się podoba w tych badaniach: zespół nie sugeruje, że nadciekły hel zastąpi istniejący sprzęt kwantowy. Zamiast tego wyobrażają sobie, że różne typy kubitów będą działać wspólnie.
Dr Eran Ginossar ujął to pięknie: „Nie potrzebujemy koniecznie jednego typu kubitu, by robić wszystko”.
Wyobraź sobie komputer kwantowy, w którym kubity nadprzewodnikowe wykonują obliczenia numeryczne, a kubity z nadciekłego helu bezpiecznie przechowują informacje — jak pamięć kwantowa. Każdy robi to, w czym jest najlepszy.
To podejście hybrydowe wydaje się realistyczne. Nie