Jak wyjaśniają autorzy publikacji zamieszczonej na łamach Nature, wydłużenie żywotności kubitu było wielkim wyzwaniem, z którym od dawna zmagał się świat nauki. Na czele zespołu odpowiedzialnego za przełom w tej sprawie stanął Michael Devoret z Uniwersytetu w Yale.
Czytaj też: Kubitami spinowymi można sterować. Na postępie skorzystają komputery kwantowe – i my wszyscy
Zacznijmy jednak od podstaw. Informacje wykorzystywane przez nasze komputery mają postać bitów przedstawianych w formie 0 lub 1. Kubity są pod tym względem bardziej zaawansowane, ponieważ mogą one pozostawać w stanie superpozycji, przyjmując wartość 0, 1 a nawet obie jednocześnie. Devoret i jego współpracownicy postanowili tworzyć kubity w oparciu o obwody nadprzewodzące schłodzone do temperatur 100 razy niższych niż panujące w przestrzeni kosmicznej.
Problem polega na tym, że choć układy kwantowe mają ogromne możliwości, to i są zaskakująco podatne na problemy. Za sprawą dekoherencji informacje przechowywane w kubitach mogą błyskawicznie tracić swoje właściwości kwantowe, co jest konsekwencją ich interakcji z otaczającym środowiskiem. Rozwiązaniem miała być kwantowa korekcja błędów, o której mówiło się już w 1995 roku. Lata jednak mijały, a trudności wciąż nie znikały.
Kubity mogą pozostawać w stanie superpozycji, przyjmując wartość 0, 1 a nawet obie jednocześnie.
Jak zachodzi dekoherencja? Kluczową rolę odgrywa redundancja, dzięki której można chronić kubit, kodując go w systemie większym niż to, czego potrzeba do reprezentowania pojedynczego bitu kwantowego. Niestety, jednocześnie wzrasta podatność zakodowanego kubitu na negatywne interakcje z otoczeniem. W efekcie, patrząc z praktycznego punktu widzenia, końcowa żywotność kubitu wcale nie zwiększa się.
Jak przyznają naukowcy, w większości eksperymentów kwantowa korekcja błędów wręcz przyspieszała dekoherencję informacji. Właśnie dlatego Devort i reszta zespołu dokonali czegoś zasługującego na szczególną uwagę. Jak wyjaśniają sami zainteresowani, po raz pierwszy udało się wykazać, iż uczynienie systemu bardziej redundantnym oraz aktywne wykrywanie i korygowanie błędów kwantowych zapewniło wzrost odporności informacji kwantowej. Jaki z tego wniosek? Kwantowa korekcja błędów faktycznie może być wykorzystywana i przynosić praktyczne korzyści.
Czytaj też: Gdzie się podziewa energia w turbulencji kwantowej? Naukowcy na tropie rozwiązania wieloletniej zagadki
Dzięki wprowadzonym poprawkom udało się niemal dwukrotnie zwiększyć długość życia kubitu, który przetrwał 1,8 milisekundy. Oczywiście z perspektywy ludzkiego życia, trwającego nieporównywalnie dłużej, taki okres jest w zasadzie niczym. Jeśli jednak patrzymy na sprawę pod kątem właściwości kwantowych, to jest z czego się cieszyć. Tylko czy za dotychczasowymi sukcesami przyjdą następne, pozwalające na wykorzystanie kubitów w życiu codziennym? Na regularne korzystanie z superkomputerów przyjdzie nam jeszcze nieco poczekać, ale wydaje się, iż będzie warto.
