Komputery kwantowe istnieją, ale ich niestabilność stwarza poważny problem w praktycznych zastosowaniach. Wysokie poziomy błędów obecnie uniemożliwiają osiągnięcie pełnego potencjału tej rewolucyjnej technologii. Jednak najnowsze osiągnięcia nauki sugerują, że rozwiązania mogą zostać znalezione w najbliższej przyszłości.
Problem błędów kwantowych
Zwykłe komputery również są podatne na błędy, ale dobrze znane techniki tworzenia kopii zapasowych pozwalają na ich naprawienie. W mechanice kwantowej sytuacja staje się bardziej skomplikowana: informacji nie da się powielić, więc korekcja błędów opiera się na rozkładzie danych pomiędzy splątanymi kubitami (kwantowymi odpowiednikami bitów). Te grupy kubitów nazywane są kubitami logicznymi, a optymalizacja ich projektu stanowi kluczowe wyzwanie.
Głównym problemem była duża liczba fizycznych kubitów wymaganych do utworzenia jednego niezawodnego kubitu logicznego, co sprawiało, że komputery kwantowe były drogie i trudne w produkcji. Ale przełomy zmieniają tę sytuację.
Nowe podejście do ograniczania błędów
Naukowcy z Międzynarodowej Akademii Kwantowej w Chinach wykazali niedawno, że zaledwie dwa nadprzewodzące kubity w połączeniu z wnęką mogą stworzyć większy, stabilny kubit, który samokoryguje błędy. Co więcej, trzy takie kubity można splątać, uzyskując moc obliczeniową bez wprowadzania nowych błędów.
Robert Schoelkopf z Uniwersytetu Yale zauważa: „To bardzo ekscytujący czas w dziedzinie korekcji błędów. Po raz pierwszy teoria i praktyka naprawdę spotykają się”. Jego zespół pokazał również, że podstawowe operacje kwantowe można wykonywać przy niezwykle niskim poziomie błędów – z prawdopodobieństwem jednego błędu na milion operacji.
Wielopoziomowa ochrona i zoptymalizowane algorytmy
Nawet przy tych ulepszeniach niektóre błędy nieuchronnie zostaną przeoczone. Ariane Vezvae z Quantum Elements i jego współpracownicy przetestowali podejście wielowarstwowe: utrzymywanie aktywności kubitów za pomocą impulsów elektromagnetycznych zapobiega uszkodzeniom i utrzymuje stabilne splątanie.
Specyficzny sposób łączenia kubitów również ma znaczenie. David Muñoz Ramo z Quantinuum odkrył, że bardzo precyzyjne obliczenia (takie jak określenie podstawowego stanu energetycznego cząsteczki wodoru) wymagają czegoś więcej niż tylko podstawowej korekcji błędów. Podstawowe metody nie wystarczą.
Co to oznacza na przyszłość?
Kwantowa korekcja błędów wciąż ewoluuje. James Wootton z Moth Quantum mówi: „Nadal jesteśmy na etapie, w którym badacze zastanawiają się, jak wszystkie elementy korekcji błędów do siebie pasują”. Mimo to zaczynają się wyłaniać podstawy niezawodnych obliczeń kwantowych.
Przyszłość obliczeń kwantowych zależy od rozwiązania problemu błędów. Ciągłe innowacje czynią tę przyszłość bardziej prawdopodobną, choć całkowicie bezbłędne działanie pozostaje odległym celem.
