PRELOM: Vedci zrýchlili kvantové merania o rekordných 90 % bez straty presnosti

Nová štúdia publikovaná v prestížnej revue Physical Review Letters predstavuje inovatívnu stratégiu pre zrýchlenie kvantových meraní. Tento princíp tzv. výmeny priestoru za čas by mohol byť veľmi prospešný pre kvantové počítanie, kde presnosť a rýchlosť meraní predstavujú kritické faktory, upozorňuje Phys.org.

Kvantové merania na novej úrovni

Kvantové počítanie čelí mnohým výzvam, od chybovosti operácií a nestability qubitov až po ich škálovateľnosť. Menej diskutovaným, ale rovnako podstatným problémom je vernosť a rýchlosť kvantových meraní. Práve na riešenie tejto výzvy sa zamerali vedci pod vedením Christophera Corletta, profesora Noaha Lindena a Dr. Paula Skrzypczyka z University of Bristol, v spolupráci s odborníkmi z University of Oxford, University of Strathclyde a Sorbonne Université.

Kvantové merania si často vyžadujú kompromis medzi presnosťou a rýchlosťou. Dlhšie merania sú presnejšie, ale spomaľujú výpočty a zavádzajú šum a dekoherenciu. Vedci preto navrhli využitie pomocných qubitov na urýchlenie procesu pri zachovaní kvality merania.

Predstavme si analógiu s dvoma pohármi vody. Ak má jeden 100 ml a druhý 90 ml, rýchly pohľad na ne nemusí odhaliť rozdiel. Ak sa však na poháre pozrieme dlhšie, budeme si istejší. Pomocné qubity tu zohrávajú rolu zväčšenia objemu pohárov, čo uľahčuje rozlíšenie rozdielu.

IBM

Flexibilná a užitočná metóda

V praxi sa cieľový qubit previaže s N-1 pomocnými qubitmi a informácia sa prenesie na všetky pomocné qubity pomocou CNOT hradiel. Namiesto toho, aby sa jeden qubit meral čas t, všetky qubity sa merajú súčasne, ale iba po dobu t/N. Následné kombinovanie meraní vedie k rovnakej presnosti, ako keby bol jeden qubit meraný dlhší čas.

Namiesto jedného qubitu meraného po dobu t, vedci použili napríklad 10 qubitov meraných súčasne po dobu t/10. Vďaka tomu sa celý proces merania zrýchlil desaťnásobne bez straty presnosti – výsledok je teda rovnaký, ale dosiahnutý za desatinu času. Takéto lineárne zrýchlenie znamená až 90 % úsporu času (1 – 1/10 = 0,9), čo v populárnej interpretácii zodpovedá tvrdeniu, že meranie bolo zrýchlené o 90 %.

Simulácie ukázali, že v ideálnych podmienkach bez šumu schéma poskytuje lineárne zrýchlenie merania. Pri zohľadnení šumu sa zrýchlenie udržalo a v niektorých prípadoch dokonca prekonalo lineárnu predikciu. Nová metóda má široké možnosti využitia, najmä v kvantovom počítaní, kde presnosť merania zohráva kľúčovú úlohu pri kvantovej korekcii chýb. Metóda je aplikovateľná na rôzne typy kvantových systémov, vrátane chladených atómov, uviaznutých iónov a supravodivých qubitov.

Tím vedcov teraz pracuje na experimentálnej realizácii tejto techniky s cieľom jej nasadenia do reálnych kvantových počítačov. „Uistenie sa, že naša metóda je odolná voči šumu, je kľúčové pre jej praktickú implementáciu,“ zdôraznil profesor Linden.

Čítajte viac z kategórie: Novinky