Kvantumszámítógépek: forradalom a láthatáron?

El kell mesélnem nektek valamit, ami mostanában történt a kvantumszámítástechnika világában. Komolyan, elég izgalmas.

A probléma

Szóval itt a helyzet: a mai kvantumszámítógépek borzasztóan sérülékenyek. Annyira, hogy ha rossz pillanatban "megszólítod" őket, az egész számítás összeomlik. A tudósok ezért az információt több kvantumbitre osztják szét — ezek a hagyományos bitek kvantumos változatai. Ez egyfajta védőburkot képez körülöttük.

De itt jön a csavar. Amikor ténylegesen hasznos munkát akarsz végezni ezzel a védett információval, falba ütközöl. Van ugyanis egy rendkívül költséges és erőforrás-igényes lépés, amit "mágikus állapot desztilláció"-nak hívnak. Ez gyakorlatilag a kvantumszámítógép teljesítményének egy jelentős részét zabálja fel arra, hogy különleges erőforrásokat készítsen a számításhoz. Olyan ez, mint egy nagyon drága autópálya-díj, amit minden egyes alkalommal fizetned kell, amikor munkához akarsz látni.

Mi a megoldás?

Egy kutatócsapat a University of Chicago, a Harvard, a Stony Brook és a Quantinuum részéről most a Nature-ben tette közzé eredményeit. Szerintük van egy alternatív megközelítés, amely teljesen kikerüli ezt a problémát.

A "mágikus állapotok" helyett olyan dolgokat használnának, amelyeket nem-Abel-féle anyonoknak neveznek. Ezek sokkal hatékonyabban működhetnek.

És itt válik igazán érdekessé a történet. Ezek az anyonok nem olyan részecskék, amelyeket a természetben találsz. A tudósok úgy hozzák létre őket, hogy rengeteg szokásos kvantumbitet fonnak össze egy speciális kollektív állapotba. Az eredmény? Olyan valami, ami úgy viselkedik, mint egy teljesen új típusú részecske, saját furcsa szabályokkal.

Ruben Verresen, a Harvard egyik kutatója így fogalmazott: „Úgy gondolok ezekre a kódokra, mint apró univerzumokra — alternatív univerzumokra, amelyek tükrözik a mi világunk néhány tulajdonságát."

Elgondolkodtató, nem? Univerzumokat hozunk létre kvantumáramkörökön belül.

Miért nem működött eddig?

A csapat tavaly már kipróbálta ezt a megközelítést, D4 szimmetriát használva — ez olyan, mint egy négyzet forgatásai és tükrözései. Sikerült létrehozniuk az anyonokat és mozgatni őket, amit "fonásnak" neveznek. De volt egy bökkenő: a fonás önmagában nem volt elegendő. A kis kvantum-univerzumuk nem volt elég erős minden típusú számításhoz.

Az új kutatásban S3 szimmetriára váltottak — ez az egyenlő oldalú háromszöget érintő mozgásokat jelenti. Ráadásul a fonás mellé egy másik műveletet is bevetettek: a fúziót. Ez azt jelenti, hogy két anyont összehoztak és megmérték, mi jön ki belőlük. Ez a kombináció adta meg a szükséges teljes teljesítményt.

Miért fontos ez?

A csapat bizonyította, hogy képes volt létrehozni egy "univerzális kapuhalmazt" — ez azt jelenti, hogy a rendszerük elméletileg bármilyen kvantumszámítást el tud végezni. Ha a megfelelő sorrendben mozgatjuk ezeket a keletkező részecskéket, bármit meg tudunk csinálni.

A legígéretesebb rész? Ez a módszer a hibatűrő kvantumszámítást sokkal gyakorlatiasabbá teheti, mert nem lenne szükség az összes drága mágikus állapot előkészítésére. Ahogy Henrik Dreyer a Quantinuumnál fogalmazott: a nem-Abel-féle kódok a kvantumhibajavítás versenyében "sötét ló" voltak — egy alulértékelt megközelítés, amely meglephet mindenkit.

Még valószínűleg évekre vagyunk a gyakorlati alkalmazásoktól, de ez olyan áttörésnek tűnik, amely ténylegesen megváltoztathatja a jövő útját. Néha a legjobb megoldások nem is annyira nyilvánvalóak — néha saját kis univerzumot kell létrehoznunk ahhoz, hogy megtaláljuk őket.

Forrás: ScienceDaily