O krok bliżej komputera kwantowego

Komputer kwantowy wykorzystuje pomysł, oparty na splątaniu, fenomenie fizycznym, w którym stany kwantowe, przestrzennie oddzielonych systemów, zwanych qubitami, stają się faktycznie połączone. Splątanie dwu lub więcej qubitów tworzy "superpozycję" stanów, w których obliczenia mogą działać równocześnie - zasada pozwalająca komputerom kwantowym zmierzyć się w czasie rzeczywistym z problemami, na których rozwiązanie klasyczny komputer potrzebowałby eonów.

Jednak komputer kwantowy potrzebowałby setek bądź tysięcy splątanych qubitów. Maksymalnie osiągnięto 12. ale niektóre z systemów, nad którymi pracują badacze, wśród nich te, zawierające spiny jonowe, są bardzo trudne do powiększania. Jednak, jak ujawniają publikacje w Nature, dwie grupy badaczy osiągnęły postęp w rozwiązaniach alternatywnych: splątanie qubitów wykonano z nadprzewodzących układów, technologii odpowiedzialnej za produkcję elektronicznych chipów.

"Nadprzewodzące qubity są jednymi z lepszych kandydatów do budowy komputera kwantowego" - powiedział Nature Daniel Gottesman, badacz technologii kwantowych w Perimeter Institute w Waterloo, w Kanadzie.

Zespół kierowany przez Roba Schoelkopfa z Yale University w New Haven, Connecticut, USA osiągnął splątanie trzech qubitów w rodzaj systemu, co jest znaczące, bowiem trzy są minimalną liczbą potrzebną do korekcji błędów kwantowych - podstawowego atrybutu, jeśli komputery kwantowe miałby być w ogóle praktycznie stosowane. Komputer kwantowy jest bowiem podatny na przerzucanie bitów i utratę informacji. Mierzenie bitów dla sprawdzenia ich wartości podczas przetwarzania niszczy superpozycję. Ale splątanie każdego bitu z dwoma dodatkowymi bitami czyni możliwym sprawdzenie dwóch z nich na wystąpienie błędu, podczas kiedy umożliwia się obliczanie naprzód trzeciego z nich.

Do konstrukcji qubitów zespół użył nadprzewodzących drutów aluminiowych, oziębionych niemal do temperatury absolutnego zera. Układy zostały połączone, tak więc napięcie i oscylacje prądowe przepływające przez jeden nich mogły oddziaływać na inne i splątanie było generowane przez sekwencję mikrofalowych impulsów, zmieniających stany układów. Rezultatem stała się zmiana splątania zwana stanem Greenberger-Horne-Zeilinger (GHZ).

Druga grupa, kierowana przez Johna Martinisa z University of California, w Santa Barbara, USA, także osiągnęła sukces w kreowaniu stanu GHZ, podobnie jak "stanu W", w którym stan superpozycyjny zawierał jeden qubit z wartością jeden i dwa inne z wartością zero.

Żadna z tych grup nie używała trzech splątanych bitów do uruchomienia korekcji kwantowej. Ale Schoelkopf w swojej pracy podkreśla, że jego grupa także uruchomiła inny typ algorytmu, używający splątania dwuqubitowego. Dodaje, że przyszłościowym wyzwaniem będzie znalezienie drogi do przedłużenia życia qubitów, które tracą informację po około 10. operacjach.

Emanuel Knill, ekspert informacji kwantowej w National Institute of Standards and Technology w Boulder, Colorado, USA, powiedział Nature, że nie jest przekonany do takiego postępu, bowiem trudne będzie kontrolowanie wielu qubitów poza zamrażarką. Ale dodał, iż jest zadowolony widząc, że obie grupy stworzyły stany kwantowe z przyzwoitą dokładnością, co znaczy, że stany owe są dobrym zadaniem dla naukowców pragnących je tworzyć "Wyzwaniem - powiedział Nature - jest zwiększenie ilości bramek i qubitów".

Jak działają komputery kwantowe?