Kvanttitietokoneille löytyi uusi supervoima – ja se syntyy pienistä "rinnakkaisuniversumeista"

Ota tämä tieto: kvanttitietokoneiden tulevaisuus saattaa olla lähempänä kuin luulimme.

Mikä kvanttikoneissa rassaa?

Nykyiset kvanttitietokoneet ovat helpossa rikkoutuvia. Kuiskaise väärä sana väärään aikaan, ja koko laskelma romahtaa. Tiedemiehet ovat kehittäneet tavan suojata informaatiota jakamalla sen lukuisille kubiteille – kvanttilaskennan vastineita perinteisille biteille.

Mutta tässä on uusi ongelma.

Kun haluat oikeasti tehdä jotain tuon suojatun informaation kanssa, törmäät esteeseen. "Magic state distillation" eli taikuritilan tislaus on kallis ja resursseja syövä vaihe. Se vie valtavan osan kvanttikoneen tehosta pelkästään laskentaa varten välttämättömien erityisresurssien valmisteluun. Ajattele sitä porttimaksuna, jonka maksat joka kerta kun haluat tehdä työtä.

Mikä avuksi?

Chicagon yliopiston, Harvardin, Stony Brookin ja Quantinuumin tutkijat julkaisivat Nature-lehdessä tutkimuksen, joka voi ohittaa koko ongelman. He osoittivat, että ei-Abelin anyonit voisivat hoitaa saman tehtävän paljon tehokkaammin.

Ja tässä kohtaa asia menee todella mielenkiintoiseksi.

Nämä anyonit eivät ole hiukkasia, joita löytyy luonnosta. Tutkijat luovat ne kutsumalla yhteen valtavan määrän kubitteja erityiseen kietoutuneeseen tilaan. Lopputulos? Jotain, joka * käyttäytyy* kuin täysin uudenlainen hiukkanen omine omituisine sääntöineen.

Harvardin Ruben Verresen, tutkimuksen kirjoittaja, kuvaili asiaa osuvasti: "Ajattelen näitä koodeja niin, että ne luovat pieniä universumeja – rinnakkaisuniversumeja, mutta sellaisia jotka heijastavat oman universumimme ominaisuuksia."

Kuinka siistiä? Luomme kirjaimellisesti taskuuniversumeja kvanttipiireihin.

Miksi tämä ei ole toiminut aiemmin?

Tutkijaryhmä kokeili tätä lähestymistapaa viime vuonna käyttäen niin sanottua D4-symmetriaa (ajattele neliön muuttumattomuutta kiertojen ja peilausten alla). He onnistuivat luomaan anyonit ja liikuttamaan niitä – prosessia kutsutaan "punomiseksi". Mutta ongelma: pelkkä punominen ei riittänyt. Heidän kvanttimaailmansa ei ollut tarpeeksi voimakas käsittelemään kaikkia laskutyyppejä.

Uudessa tutkimuksessa he siirtyivät S3-symmetriaan (liikkeet, jotka jättävät tasakylkisen kolmion muuttumattomaksi) ja yhdistivät punomisen toiseen operaatioon nimeltä fuusio – jossa tuodaan kaksi anyonia yhteen ja mitataan mitä tulee ulos. Tämä yhdistelmä avasi tarvittavan täyden tehon.

Miksi tämä merkitsee?

Tutkijat osoittivat pystyvänsä luomaan "universaalin porttijoukon" – tiedemieskieltä sille, että heidän järjestelmänsä voi teoreettisesti suorittaa minkä tahansa kvanttilaskennan. Liikuta näitä ilmaantuvia hiukkasia oikeassa järjestyksessä, ja voit tehdä mitä vain.

Todella lupaavaa? Tämä lähestymistapa voisi tehdä vikojen sietokykyisestä kvanttilaskennasta paljon käytännöllisempää poistamalla kalliin taikuritilan valmistelun tarpeen. Kuten Quantinuumin Henrik Dreyer totesi, ei-Abelin koodit ovat olleet kvanttilaskennan "tummat hevoset" – aliarvostettu lähestymistapa, joka saattaa yllättää kaikki.

Käytännön sovelluksia saamme todennäköisesti odottaa vielä vuosia, mutta tämä tuntuu yhdeltä niistä tutkimusläpimurroista, jotka voivat aidosti muuttaa suuntaa. Joskus parhaat ratkaisut eivät ole ilmeisiä – joskus sinun täytyy luoda oma pieni universumisi löytääksesi ne.

Lähde: ScienceDaily