Impulsy złożone sposobem na bezbłędne obliczenia kwantowe
Aby w pełni rozwinąć swój potencjał, komputery kwantowe będą musiały spełniać określone kryteria: muszą mieć znacznie większą liczbę kubitów oraz skutecznie radzić sobie z błędami. Kubity są szczególnie podatne na błędy: przechodząca przez nie fala radiowa lub błysk światła wystarczają, by zakłócić ich stan kwantowy i zniweczyć efekty obliczeń wykonywanych przez komputer kwantowy. Większa dokładność obliczeń kwantowych W ramach projektu COPQE, realizowanego przy wsparciu finansowanego przez UE działania „Maria Skłodowska-Curie”, przeprowadzono przełomowe badania nad redukcją szumów w otoczeniu i optymalizacją kontroli kubitów. Nowatorstwo projektu polega na opracowaniu impulsów złożonych, będących techniką inżynierii kwantowej umożliwiającą korygowanie wszelkich błędów występujących w przetwarzaniu informacji kwantowych. Tę tolerancję na błędy uzyskano dzięki korekcji błędów kwantowych, polegającej na tym, że informacje są kodowane nadmiarowo, co umożliwia wykrywanie błędów bez niszczenia danych kwantowych. „Impulsy złożone mają kilka zalet: dają kubitom – niezależnie od ich stanu początkowego – niewiarygodny poziom kontroli, precyzji i odporności na obecność błędów. Pomagają również tworzyć charakteryzujące się wysoką wiernością stany kwantowe kubitów wysyłanych w zintegrowanych falowodach fotonicznych z błędami”, wyjaśniła koordynatorka projektu dr Elica Kyoseva. Impulsy złożone charakteryzują się znikomą utratą wierności – precyzja przekroczyła limit 99,99 % określony dla przetwarzania informacji kwantowych – przy minimalnym naddatku impulsów (najmniejsza sekwencja zawierała tylko dwa impulsy). Jaśniejsze perspektywy dla obliczeń kwantowych Badania prowadzone w ramach projektu COPQE wzmacniają potencjał zintegrowanej fotoniki kwantowej w zakresie obliczeń kwantowych. Zintegrowana fotonika kwantowa – nauka o generowaniu, modyfikowaniu i wykrywaniu światła w systemach, w których możliwe jest koherentne kontrolowanie fotonów – jest podstawową dziedziną zajmującą się badaniem zjawisk kwantowych. Ponieważ fotony są szczególnie atrakcyjnymi nośnikami informacji kwantowych, oczekuje się, że fotonika kwantowa odegra doniosłą rolę w postępie w dziedzinie przetwarzania informacji kwantowych. „Wyniki projektu będą stanowiły podstawę do eksperymentowania z różnymi protokołami przetwarzania informacji kwantowych. Przybliżają nas również do faktycznego urzeczywistnienia wysokowydajnych obliczeń kwantowych w zintegrowanych układach fotonicznych”, podkreśliła dr Kyoseva. Jak tłumaczy uczona, impulsy złożone zostały początkowo opracowane w celu ograniczenia wahań siły pola oscylacyjnego w jądrowym rezonansie magnetycznym. Następnie zwróciły na siebie uwagę naukowców zajmujących się inżynierią kwantową ze względu na swoją odporność na błędy. Dotychczas w zintegrowanych systemach fotonicznych nie uzyskano żadnych impulsów złożonych. Wpływ na obliczenia kwantowe Dzięki możliwości równoległego uruchamiania procesów, odróżniającego je od klasycznych komputerów, które wykonują zadania sekwencyjnie, komputery kwantowe będą w stanie znacznie szybciej analizować duże ilości danych i rozwiązywać złożone problemy związane z optymalizacją. „Komputery kwantowe mają olbrzymi potencjał zrewolucjonizowania istniejących gałęzi przemysłu, takich jak zabezpieczenia, usługi finansowe, opracowywanie leków oraz badania materiałowe, a także branży farmaceutycznej i innych sektorów przetwarzających duże ilości danych. W tym celu wiele wysiłków wkładanych jest w to, by przenieść tę technologię z laboratoriów do realnego życia. Najbardziej znaczącą przeszkodę stanowi ekstremalna wrażliwość systemów kwantowych na otoczenie, która znacznie zmniejsza dokładność operacji kwantowych i niszczy obliczenia kwantowe”, stwierdziła dr Kyoseva. Potrzeba jeszcze wielu badań naukowych i pracy inżynieryjnych, by poprawić stabilność kubitów. Zmniejszenie szumu i optymalizacja kontroli błędów w kubitach stanowi ważny krok w tym kierunku. Opracowane w ramach omawianego projektu metody kontrolowania kubitów oparte na impulsach złożonych są bardzo istotne dla bezbłędnego przetwarzania informacji kwantowych.
Słowa kluczowe
COPQE, kubity, przetwarzanie informacji kwantowych, impulsy złożone, obliczenia kwantowe, wierność, zintegrowane układy fotoniczne, szum otoczenia, korekcja błędów
