To wreszcie się udało! Stworzono komputery kwantowe o wierności przekraczającej 99%

Dzięki naukowcom z RIKEN i QuTech jesteśmy coraz bliżej stworzenia komputera kwantowego odpornego na błędy. Uczeni zademonstrowali wierność bramek dwukubitowych na poziomie 99,5%. To więcej niż 99% uznawane za próg niezbędny do budowy bezbłędnego komputera kwantowego.
Chip komputera kwantowego wykorzystany przez naukowców z RIKEN
Chip komputera kwantowego wykorzystany przez naukowców z RIKEN

Klasyczne komputery przechowują i przetwarzają informacje w bitach, reprezentowanych jako jeden lub zero. Komputery kwantowe używają kubitów, które mogą przyjmować wartość “0”, “1” lub żadnej z nich. Jest to możliwe dzięki zjawisku superpozycji. Ta właściwość pozwoli komputerom kwantowym na wykładniczy wzrost mocy w stosunku do klasycznych maszyn. Niestety, stany kwantowe są wrażliwe na wszelkie zakłócenia zewnętrzne, które mogą powodować błędy w obliczeniach – to tzw. dekoherencja, czyli szum generowany przez kubity.

Czytaj też: Fizyka kwantowa – siedem faktów, które warto znać

Im więcej kubitów, tym dekoherencja silniejsza, a to z kolei utrudnia skalowalność komputerów kwantowych. Naukowcy uważają, że aby stworzyć wielkoskalowy komputer kwantowy, który miałby zastosowanie praktyczne, niezbędne jest osiągnięcie wierności bramek dwukubitowych na poziomie co najmniej 99%. Teraz trzem zespołom badawczym to się udało – stworzyli systemy komputerów kwantowych z błędami poniżej 1%. Co więcej, wszystkie trzy układy zostały oparte na krzemie.

Naukowcy z australijskiego University of New South Wales (UNSW) osiągnęli 99,95% wierności w systemie jednokubitowym i 99,37% w przypadku dwóch działających kubitów. Z kolei uczeni z holenderskiego Delft University of Technology osiągnęli 99,87% wierności w układzie jednokubitowym i 99,65% z dwoma. Z kolei Japończycy z RIKEN mogą pochwalić się 99,84% wiernością w systemie z jednym kubitem i 99,51% dla układu dwukubitowego.

Jesteśmy bardzo szczęśliwi, że udało nam się uzyskać wysokiej wierności uniwersalny zestaw bramek kwantowych, co jest jednym z kluczowych wyzwań dla krzemowych komputerów kwantowych. Badanie to pokazuje, że krzemowe kubity spinowe są obiecującymi kandydatami, obok nadprzewodnictwa i pułapek jonowych, do badań i rozwoju w kierunku realizacji wielkoskalowych komputerów kwantowych.Seigo Tarucha z RIKEN

System UNSW koduje informacje w spinach jąder atomów fosforu, wszczepionych w chip krzemowy. Tworzą one procesor rdzeniowy wykonujący operacje kwantowe i są połączone ze sobą za pomocą elektronu splątanego kwantowo z każdym atomem. Badania z Delft i RIKEN przeprowadzono przy użyciu spinów dwóch elektronów jako kubitów, z których każdy był ograniczony do kropki kwantowej wykonanej z krzemu i stopu krzemowo-germanowego.

Więcej o badaniach można przeczytać w Nature.