Inżynierowie UNSW Sydney dokonali przełomu w pracach nad komputerami kwantowymi, udowadniając, że kubity spinowe mogą przechowywać informacje nawet przez dwie milisekundy. Tzw. czas koherencji, w którym kubity mogą być modyfikowane do coraz bardziej złożonych obliczeń, został wydłużony aż 100 razy!

Dłuższy czas koherencji oznacza, że masz więcej czasu, w którym twoja informacja kwantowa jest przechowywana – co jest dokładnie tym, czego potrzebujesz podczas wykonywania operacji kwantowych. Czas koherencji w zasadzie mówi ci, jak długo możesz wykonać wszystkie operacje w jakimkolwiek algorytmie lub sekwencji, którą chcesz zrobić, zanim stracisz wszystkie informacje w swoich kubitach.Amanda Seedhouse z UNSW Sydney, doktorantka, której praca teoretyczna przyczyniła się do osiągnięcia nowego progu

Jak usprawnić komputery kwantowe?

W obliczeniach kwantowych, im bardziej można utrzymać spiny w ruchu, tym większa szansa na zachowanie informacji podczas obliczeń. Gdy kubity spinowe przestają się kręcić, obliczenia załamują się, a wartości reprezentowane przez każdy kubit zostają utracone. Koncepcja rozszerzenia koherencji została już potwierdzona eksperymentalnie przez inżynierów kwantowych w UNSW w 2016 roku.

Czytaj też: Nie uwierzycie, ile fotonów udało się splątać fizykom. Komputery kwantowe będą wydajniejsze

Komputery kwantowe przyszłości będą musiały śledzić wartości milionów kubitów, jeśli mają rozwiązać niektóre z największych wyzwań ludzkości, takich jak poszukiwanie skutecznych szczepionek, modelowanie systemów pogodowych i przewidywanie skutków zmian klimatycznych. Możliwość kontrolowania milionów kubitów za pomocą jednej anteny jest wielkim wyzwaniem, ale funkcjonalne komputery kwantowe będą wymagały również ich indywidualnej manipulacji.

Najpierw pokazaliśmy teoretycznie, że możemy poprawić czas koherencji poprzez ciągłe obracanie kubitów. Jeśli wyobrazisz sobie cyrkowca kręcącego talerzami, to gdy one wciąż się kręcą, przedstawienie może być kontynuowane. W ten sam sposób, jeśli stale napędzamy kubity, mogą one dłużej przechowywać informacje. Pokazaliśmy, że takie “ubrane” kubity miały czasy koherencji przekraczające 230 mikrosekund, czyli 230 milionowych części sekundy.Ingvild Hansen z UNSW Sydney

Kolejnym wyzwaniem było uczynienie protokołu bardziej wytrzymałego i pokazanie, że globalnie kontrolowane elektrony mogą być również sterowane indywidualnie, tak aby mogły utrzymywać różne wartości potrzebne do skomplikowanych obliczeń. Udało się to osiągnąć dzięki stworzeniu protokołu SMART (Sinusoidally Modulated, Always Rotating and Tailored).

Nie kręciły się w kółko, a kołysały w przód i w tył – jak metronom. Jeśli pole elektryczne zostanie przyłożone indywidualnie do dowolnego kubitu – wyłączając go z rezonansu – można go wprowadzić w inne tempo niż jego sąsiadów, ale wciąż poruszających się w tym samym rytmie.

Pomyślmy o tym jak o dwójce dzieci na huśtawce, które w miarę synchronicznie idą do przodu i do tyłu. Jeśli damy jednemu z nich impuls, możemy sprawić, że osiągną koniec swojego łuku na przeciwnych końcach, więc jeden może być 0, gdy drugi 1.Amanda Seedhouse z UNSW Sydney

Eksperci wskazują, że protokół SMART może być potencjalną ścieżką dla pełnowymiarowych komputerów kwantowych.