Kvantové počítače už dlho sľubujú revolúciu vo vede aj priemysle a to od vývoja liekov až po simuláciu klímy. Základom ich sily sú qubity, ktoré dokážu spracovávať informácie v stave superpozície a využívať kvantové previazanie. Problémom je, že sú zároveň aj nesmierne krehké. Stačí minimálna porucha, zmena teploty či náhodný fotón a výpočty sa zrútia.

Práve táto citlivosť na tzv. kvantový šum robí z budovania spoľahlivých kvantových strojov jednu z najväčších technologických výziev. Preto sa vedci po celom svete snažia nájsť spôsoby, ako vytvárať odolné architektúry, ktoré zvládnu výpočty aj pri výskyte chýb. Kľúčom sú extrémne čisté tzv. „magické stavy“, ktoré sú však náročné a drahé na prípravu. Tím výskumníkov z Japonska teraz predstavil spôsob, ako tento proces radikálne zjednodušiť. Na tému upozornil portál InterestingEngineering.

Kvantový šum ako hlavná prekážka

Vedci z Univerzity v Osake, pod vedením Tomohira Itogawu a Keisukeho Fujiiho, vyvinuli nový typ prípravy magických stavov – nazývajú ho zero-level distilácia. Táto metóda sa líši od tradičných prístupov, ktoré fungujú na vyšších logických úrovniach. Japonci sa rozhodli ísť priamo na fyzickú úroveň, čím eliminovali mnohé vrstvy zložitosti.

Atom Computing Quantum

Ich nový kvantový obvod je navrhnutý tak, aby fungoval priamo „pri zemi“ na nultej úrovni, bez medzičlánkov. Vďaka tomu dokázali znížiť počet potrebných qubitov, zjednodušiť architektúru a zároveň dosiahnuť až 30-násobné zrýchlenie prípravy čistého kvantového stavu. Simulácie ukázali, že priestorová aj časová náročnosť sa znížila o celé rády, čo v praxi znamená zásadné zjednodušenie budúcich kvantových zariadení.

Nový pohľad na budúcnosť kvantového výpočtu

„Kvantové systémy sú extrémne náchylné na šum. Akýkoľvek drobný vonkajší zásah môže narušiť celý výpočet. Šum je náš nepriateľ číslo jeden,“ vysvetľuje Tomohiro Itogawa. Preto sa tím zameral na zefektívnenie najnáročnejšej časti a teda prípravy magických stavov. Ich nový obvod dokáže tieto stavy vytvoriť spoľahlivo, rýchlo a s minimálnymi zdrojmi.

Doteraz sa verilo, že pre odolné kvantové výpočty bude treba obrovské množstvo hardvéru. Nová metóda však ukazuje, že robustné systémy sa dajú vybudovať aj v oveľa menšom rozsahu. Podľa Keisukeho Fujiiho sa technológia vyvíja rýchlejšie, než mnohí očakávali, a najnovší objav môže výrazne urýchliť nástup praktických kvantových počítačov.

„Či to nazveme mágiou alebo fyzikou, ide o dôležitý krok k vytvoreniu veľkých kvantových systémov, ktoré odolajú šumu,“ dodáva Itogawa.

Čítajte viac z kategórie: Novinky