Napredak prema kvantnom računalu otpornom na greške

U budućnosti bi kvantna računala mogla brzo simulirati nove materijale ili pomoći znanstvenicima u razvoju bržih modela strojnog učenja, otvarajući vrata mnogim novim mogućnostima.

Ali ove će primjene biti moguće samo ako kvantna računala mogu obavljati operacije izuzetno brzo, tako da znanstvenici mogu vršiti mjerenja i korekcije prije nego što stope pogrešaka složenih veličina smanje njihovu točnost i pouzdanost.

Učinkovitost ovog procesa mjerenja, poznatog kao očitavanje, ovisi o snazi ​​​​spoja između fotona, koji su čestice svjetlosti koje nose kvantne informacije, i umjetnih atoma, jedinica materije koje se često koriste za pohranu informacija u kvantnom računalu.

Istraživači s MIT-a sada su demonstrirali ono što smatraju najjačom nelinearnom spregom svjetlosti i materije ikad postignutom u kvantnom sustavu. Njihov eksperiment je korak prema ostvarenju kvantnih operacija i očitavanja koje bi se mogle izvesti u nekoliko nanosekundi.

Istraživači su koristili novu arhitekturu supravodljivog kruga kako bi pokazali nelinearno spajanje svjetlosti i materije koje je otprilike za red veličine jače od prethodnih demonstracija, što bi moglo omogućiti kvantnom procesoru da radi oko 10 puta brže.

Još je puno posla potrebno obaviti prije nego što se arhitektura može koristiti u pravom kvantnom računalu, ali demonstracija temeljne fizike koja stoji iza procesa veliki je korak u pravom smjeru, kaže Yufeng Ye, doktor znanosti i glavni autor rada o ovom istraživanju.

„Ovo bi doista uklonilo jedno od uskih grla u kvantnom računarstvu. Obično morate mjeriti rezultate svojih izračuna između rundi ispravljanja pogrešaka. To bi moglo ubrzati koliko brzo možemo doći do faze kvantnog računarstva otpornog na pogreške i izvući stvarne primjene i vrijednost iz naših kvantnih računala“, kaže Ye.

Ye je još kao doktorand 2019. godine, započeo razvoj specijaliziranog detektora fotona za poboljšanje obrade kvantnih informacija. Tim radom izumio je novu vrstu kvantnog sprežnika, uređaja koji olakšava interakcije između kubita, koji su gradivni blokovi kvantnog računala.

Ovaj kvartonski sprežnik imao je toliko potencijalnih primjena u kvantnim operacijama i očitavanju da je brzo postao fokus laboratorija.
Za kvantno očitavanje, istraživači usmjeravaju mikrovalnu svjetlost na kubit, a zatim, ovisno o tome je li taj kubit u stanju 0 ili 1, dolazi do frekvencijskog pomaka na pridruženom rezonatoru za očitavanje. Mjere taj pomak kako bi odredili stanje kubita.

Istraživači s MIT-a osmislili su arhitekturu s kvartonskim spojnikom spojenim na dva supravodljiva kubita na čipu. Jedan kubit pretvaraju u rezonator, a drugi kubit koriste kao umjetni atom koji pohranjuje kvantne informacije. Ove se informacije prenose u obliku čestica mikrovalne svjetlosti zvanih fotoni.

„Interakcija između ovih supravodljivih umjetnih atoma i mikrovalne svjetlosti koja usmjerava signal u osnovi je način na koji je izgrađeno cijelo supravodljivo kvantno računalo“, objašnjava Ye.

Kvartonski sprežnik stvara nelinearnu vezu svjetlosti i materije između kubita i rezonatora koja je otprilike za red veličine jača od one koju su istraživači prije postigli. To bi moglo omogućiti kvantni sustav s munjevito brzim očitavanjem.

Istraživanje objavljeno u časopisu Nature Communications možete pronaći na ovoj poveznici.