Procesor kwantowy, mimo swoich możliwości jest jednostką znacznie bardziej problematyczną, niż typowy układ. Wszystko przez jego działanie, które opiera się na zjawisku superpozycji: bity procesora kwantowego, zwane qubitami przybierają jednocześnie dwa stany: 0 i 1. Dla porównania bity procesorów klasycznych mogą przybierać albo 0, albo 1.
Procesor kwantowy z poprawioną koherencją
No dobrze, ale omówmy sobie teraz problemy związane z procesorami kwantowymi. Otóż utrzymywanie jednocześnie dwóch różnych stanów to nie jest łatwe zadanie. W końcu kot może być albo martwy, albo żywy. Nie może być martwy i żywy jednocześnie. Jednak w skali mikro już takie zjawiska są możliwe, ale pojawiają się tu pewne zastrzeżenia.
Po pierwsze, temperatura. Zjawiska kwantowe, aby były w miarę stabilne wymagają bardzo niskich temperatur, ponieważ energia cieplna niszczy stany kwantowe. Kolejną kwestią jest obserwator: kiedy dochodzi do obserwacji, to stany kwantowe również ulegają zniszczeniu. Obserwacją jest jednak nie tylko świadome podglądanie qubitów, a na przykład uderzenie w nie fotonami. Jednak nawet jeśli wszystko mocno schłodzimy i nie dokonamy obserwacji, to trwałość informacji w qubicie i tak jest śmiesznie mała.
Procesor kwantowy z rozbujanymi qubitami
Naukowcom jednak udało się ją wydłużyć poprzez… wywołanie ruchu. Metoda ta działa w przypadku qubitów spinowych, które w ich przypadku czas przechowywania informacji kwantowej wydłuża się, kiedy są w ruchu. Należy więc nieco rozbujać to towarzystwo, aby zachować informacje – a więc i czas, w jakich mogą być przeprowadzane obliczenia – dłużej.
Zobacz też: Polski komputer kwantowy wkrótce stanie się faktem
Jedyną znaną metodą jest oddziaływanie na nie polem elektromagnetycznym, które nie jest nośnikiem informacji. Do tej pory wykorzystywano w tym celu specjalne anteny, z których każda generowała pole do sterowania pojedynczym qubitem i wprawiania go w ruch. Problem w tym, że każda z anten przy okazji generowała ciepło, które jak wyżej wspomniałem, jest szkodliwe dla informacji kwantowej.
Na szczęście zespół naukowców z Uniwersytetu Nowej Walii (Australia) znalazł sposób na wprawianie w ruch qubitów za pomocą tylko jednej anteny. W ten sposób udało się wydłużyć czas utrzymania informacji kwantowej aż stukrotnie. To jednak nie rozwiązuje jeszcze wszystkich problemów. O ile da się w ten sposób kontrolować ruchem milionów kubitów jednocześnie, tak jest to działanie masowe. Natomiast w procesorze kwantowym konieczne jest sterowanie każdym qubitem z osobna, aby móc zarządzać jego pamięcią.