Téma, které mě nadchlo: Kvantové počítače a jejich nová naděje
Musím se s vámi podělit o něco, co se právě stalo ve světě kvantových počítačů. Je to vážně zajímavé.
Problém dnešních kvantových počítačů je ten, že jsou neuvěřitelně křehké. Stačí málo a celý výpočet se rozpadne. Řešení? Vědci rozdělují informaci mezi spoustu qubitů – kvantovou verzi klasických bitů. Vzniká tak jakási ochranná síť, která brání chybám. Pomáhá to, ale objevuje se nový zádrhel.
Když totiž chcete s těmito chráněnými informacemi něco skutečně dělat, narazíte na problém. Existuje totiž drahý a energeticky náročný krok zvaný „destilace magických stavů". Připravuje speciální zdroje pro výpočty, ale spotřebovává obrovské množství výkonu celého počítače. Jako byste museli platit drahé mýtné pokaždé, když chcete něco spočítat.
Co s tím?
Vědci z University of Chicago, Harvardu, Stony Brook a firmy Quantinuum teď v časopise Nature publikovali výzkum, který by mohl celou věc zjednodušit. Místo drahých magických stavů ukazují, že by mohly fungovat takzvané neabelovské anyony – a to mnohem efektivněji.
Tady to začíná být opravdu fascinující. Tyto anyony nejsou částice, které najdete volně v přírodě. Vědci je vytvářejí tak, že propletou obrovské množství qubitů do speciálního kolektivního stavu. Výsledkem je cosi, co se chová jako zcela nový typ částice – s vlastními podivnými pravidly.
Ruben Verresen z Harvardu, jeden z autorů studie, to řekl způsobem, který mě zaujal: „Tyto kódy si představuji jako malé vesmíry – alternativní vesmíry, které ale odrážejí některé vlastnosti toho našeho."
Jak úžasné je, že doslova tvoříme malé vesmíry uvnitř kvantových obvodů?
Proč to předtím nefungovalo?
Vědci podobný přístup zkoušeli už loni. Použili takzvanou D4 symetrii (tedy rotace a překlopení, která nechají čtverec nezměněný). Úspěšně vytvořili anyony a dokázali je přesouvat – proces, kterému se říká „splétání". Jenže tady to skončilo. Jejich malý kvantový vesmír nebyl dostatečně silný na všechny typy výpočtů.
Pro novou studii přešli na S3 symetrii (symetrie rovnostranného trojúhelníku) a kromě splétání přidali ještě operaci zvanou fúze – svedou dva anyony k sobě a změří, co z toho vyleze. Tahle kombinace konečně odemkla plný výkon.
Proč by vás to mělo zajímat?
Věc má ohromný potenciál. Tým ukázal, že dokážou vytvořit „univerzální sadu hradel" – což je vědecký způsob, jak říct, že jejich systém teoreticky zvládne jakýkoliv kvantový výpočet. Stačí ty emergentní částice správně přesouvat v určitém pořadí.
A tady přichází to opravdu slibné: celý přístup by mohl výrazně zjednodušit odolné kvantové počítání, protože by odpadla potřeba drahé přípravy magických stavů. Jak to vyjádřil Henrik Dreyer z Quantinuum, neabelovské kódy jsou v závodě o kvantovou opravu chyb jakýmsi „temným koněm" – podceňovaný přístup, který by mohl překvapit.
Samozřejmě, než uvidíme praktické aplikace, uplynou nejspíš roky. Ale tenhle výzkum mi přijde jako jeden z těch průlomů, které můžou změnit celý směr. Někdy ta nejlepší řešení nejsou ta zjevná – a někdy musíte vytvořit vlastní malý vesmír, abyste je našli.