Kubity, czyli kwantowe odpowiedniki klasycznych bitów, są niezwykle podatne na zakłócenia pochodzące z otoczenia. Nawet niewielkie fluktuacje mogą prowadzić do błędów obliczeniowych, dlatego ogromna część współczesnych badań koncentruje się na eliminowaniu niedoskonałości sprzętu. Zespół naukowców ze Szwecji proponuje jednak, by zamiast walczyć z nieidealnością układów kwantowych, wykorzystać ją jako element zwiększający możliwości obliczeniowe.
Czytaj też: Komputer kwantowy dostał dwa mózgi z atomów. Teraz czekam na liczby
Badacze opracowali więc nowy układ scalony przeznaczony dla komputerów kwantowych, który wykorzystuje zjawiska związane z nieuporządkowaniem i niedoskonałościami materiałów. W klasycznym projektowaniu procesorów wszelkie odchylenia od idealnej struktury są traktowane jako problem obniżający wydajność. W świecie mechaniki kwantowej sytuacja okazuje się jednak bardziej złożona. Odpowiednio zaprojektowane układy mogą sprawić, że pozornie niekorzystne efekty staną się dodatkowym zasobem wykorzystywanym podczas przetwarzania informacji.
Nowa konstrukcja bazuje na zjawisku lokalizacji Andersona, opisanym po raz pierwszy kilkadziesiąt lat temu. W pewnych materiałach fale – w tym przypadku fale opisujące stan kwantowy – mogą zostać uwięzione przez losowo rozmieszczone zaburzenia w strukturze. Zamiast swobodnie rozchodzić się po całym układzie, pozostają skoncentrowane w określonych obszarach. Do tej pory efekt ten był najczęściej uznawany za przeszkodę w projektowaniu wydajnych urządzeń elektronicznych i kwantowych. Autorzy nowego rozwiązania pokazują jednak, że właściwie kontrolowana lokalizacja może pomóc stabilizować wybrane stany kwantowe i umożliwić wykonywanie bardziej złożonych operacji.
Opracowany chip zaprojektowano jako platformę badawczą pozwalającą analizować, w jaki sposób kontrolowany poziom nieuporządkowania wpływa na zachowanie układu kwantowego. Naukowcy wykazali, że dzięki odpowiedniemu projektowi można precyzyjnie sterować oddziaływaniami pomiędzy elementami procesora, a jednocześnie ograniczać negatywny wpływ części zakłóceń. Oznacza to, że pewne właściwości materiału, które wcześniej uznawano za wadę produkcyjną, mogą posłużyć do poprawy działania przyszłych komputerów kwantowych.
Czytaj też: Zbiornik z wodą posłużył im do rozwikłania kwantowej zagadki. Przypadkowo odkryli zupełnie nowe zjawisko
Zdaniem autorów badań takie podejście powinno być szczególnie przydatne wraz ze wzrostem liczby kubitów. Dzisiejsze prototypowe komputery kwantowe dysponują stosunkowo niewielką liczbą elementów obliczeniowych, jednak budowa maszyn zdolnych do wykonywania praktycznych zadań będzie wymagała ich tysięcy, a docelowo nawet milionów. W tak dużych układach całkowite wyeliminowanie wszystkich niedoskonałości materiałowych staje się praktycznie niemożliwe. Jeśli część z nich będzie można wykorzystać zamiast usuwać, projektowanie kolejnych generacji procesorów może stać się prostsze i bardziej efektywne.
Źródło: Nature Communications
