Komputery kwantowe stają się bardziej odporne na utratę informacji
Naukowcy mają nadzieję, że komputery kwantowe będą kolejnym wielkim skokiem w rozwoju komputerów. W przeciwieństwie do klasycznych komputerów, które opierają się na operacjach binarnych z 0 i 1, komputer kwantowy opiera się na wykorzystaniu bitów kwantowych, czyli kwantowych stanów mechanicznych, które mogą przyjmować nie tylko 0 lub 1, ale także oba stany jednocześnie (“superpozycja”). Ponadto, kilka kubitów może być skrzyżowanych ze sobą w swego rodzaju “zdalnym działaniu”.
Kompleksowa korekta błędów
Podobnie jak w przypadku konwencjonalnych komputerów, błędy obliczeniowe mogą wystąpić również w komputerach kwantowych. Jednak korekta błędów w technologii opartej na kruchych stanach kwantowych jest trudna. Naukowcy z Innsbrucku opracowali obecnie założenia, dzięki którym będzie można zniwelować utratę informacji.
Efekt zdalnego działania może być wykorzystany do szybszego wykonania pewnych obliczeń. Jednakże, kiedy stan jest mierzony, stan interferencyjny zostaje utracony, więc fizycy muszą użyć sztuczek, aby wydobyć informacje. System kwantowo-fizyczny, na którym opierają się fizycy, bazuje na przechwyconych jonach.
Kiedy kubity mogą być utracone
Ponieważ te nośniki informacji są bardzo podatne na zakłócenia zewnętrzne, w kubicie mogą wystąpić różne błędy. Naukowcy są obecnie dość dobrze przygotowani do radzenia sobie z takimi problemami, gdzie jednostka informacyjna jest w zasadzie nadal obecna. W niektórych przypadkach kubity po prostu giną, albo dlatego, że jony są faktycznie tracone, albo dlatego, że jednostki są całkowicie przekształcane w niepożądane stany energetyczne, wyjaśnił Roman Stricker z Instytutu Fizyki Eksperymentalnej na Uniwersytecie w Innsbrucku.
Utrata kubitu stwarza podstawowe problemy dla naukowców i dlatego jest właśnie “głównym problemem”. Zespół naukowców skupionych wokół Strickera i Rainera Blatta, jak również teoretycy z Niemiec i Włoch, starają się rozwiązać ten problem przy pomocy “logicznych kubitów”. Chodzi o to, by zebrać kilka fizycznych kubitów – tj. jonów – i zapakować je w jeden duży kubit.
Jony zastępcze zatrzymują informacje
W przypadku nowego podejścia, które zostało już sprawdzone eksperymentalnie w Innsbrucku, logiczny kubit składa się z czterech jonów. Na jednym z nich sztucznie indukowano utratę informacji. Następnie fizycy byli w stanie wykazać, że nawet zespół składający się tylko z trzech jonów nadal posiada właściwości oryginalnego logicznego kubita.
“Możemy kontynuować pracę z tymi samymi informacjami, co na początku”, wyjaśnił uczony na łamach artykułu opublikowanego w czasopiśmie naukowym “Nature”.
Sztuczka polega na wiarygodnym udowodnieniu, że jon w ogóle nie został utracony bez zniszczenia wspólnego stanu superpozycji za pomocą bezpośredniego pomiaru. Aby to osiągnąć, naukowcy wprowadzili dodatkowy jon, który nie jest bezpośrednio częścią logicznego kubita, ale jest z nim połączony poprzez efekt kwantowy “splątania”. “Możemy wtedy przekazać informację, czy mamy utratę kubita, czy nie, do tego dodatkowego kubita. I wtedy możemy dokonać selekcji”, wyjaśnia Stricker.
Badacz jest przekonany, że po testach przeprowadzonych obecnie na małym systemie, jeszcze więcej kubitów może być zintegrowanych w logiczny kubit w przyszłości. To uczyniłoby komputery kwantowe jako całość bardziej odpornymi na błędy, w tym na niepokojąca utratę informacji.