ANDROID.COM.PL – społeczność entuzjastów technologii
Bezbłędny komputer kwantowy

Komputer kwantowy, który ma zawsze rację? Ta moc jest w naszym zasięgu

Autor: Paweł Maretycz Kategoria: Newsy

Wbrew pozorom komputery nie są nieomylne i zdarza im się generować pewne błędy podczas pracy. Obecnie dzięki wysokiej jakości komponentów, oraz szeregowi systemów ich korekty zdarzają się one niezwykle rzadko. Mowa tu jednak o klasycznych jednostkach obliczeniowych. W przypadku komputerów kwantowych błędy są znacznie częstsze, a mechanizmy ich korekcji mają wirtualne ręce zawsze pełne roboty. Sęk w tym, że to wcale nie jest takie proste.

Bezbłędny komputer kwantowy

Bezbłędny komputer kwantowy

Cały problem z korekcją błędów polega na tym, że podstawowe prawa mechaniki kwantowej uniemożliwiają kopiowania informacji kwantowej. Udało się obejść ten problem, rozdzielając logiczną informację kwantową na splątane stany kilku układów fizycznych, na przykład wielu pojedynczych atomów. I tak, jest to jeszcze bardziej skomplikowane, niż wygląda w opisie. Pierwszy etap sprowadza się w tym przypadku do stworzenia dwóch uniwersalnych bramek logicznych z pułapką jonową, składającą się z 16 uwięzionych atomów. Informacja kwantowa była przechowywana w dwóch logicznych bitach kwantowych, z których każdy był rozmieszczony na siedmiu atomach.

I tu powiedzmy stop i wyjaśnijmy sobie, czym są bramki logiczne: otóż to układy, które generują odpowiedni sygnał cyfrowy na wyjściu, który jest zależny od sygnałów wejściowych. Można to uznać za operację matematyczną: na przykład bramka NOT odwraca sygnał wejściowy z 1 na 0 i z 0 na 1, bramka AND mnoży dwa sygnały ze sobą, a NAND mnoży i odwraca wynik. Jest ich oczywiście znacznie więcej. W przypadku komputerów kwantowych również są bramki logiczne, które dokonują jednak obliczeń kwantowych. Otóż odporne na zakłócenia bramki kwantowe istniały już wcześniej, jednak po raz pierwszy naukowcom udało się stworzyć odporną na zakłócenia bramkę kwantową T. Czemu to właśnie bramka T jest tu tak kluczowa? Jak wyjaśnił fizyk teoretyczny Markus Müller:

Bramki T to bardzo fundamentalne operacje. Są one szczególnie interesujące, ponieważ algorytmy kwantowe bez bramek T można stosunkowo łatwo symulować na komputerach klasycznych, co neguje ewentualne zwiększenie prędkości. Nie jest to już możliwe w przypadku algorytmów z bramkami T.

Tłumacząc to na bardziej przystępny sposób: ponieważ obliczenia kwantowe dla pozostałych bramek kwantowych można odtworzyć na klasycznym superkomputerze, ale nie jest to możliwe przy bramce T.

Fizycy zademonstrowali bramkę T, przygotowując specjalny stan w logicznym bicie kwantowym i teleportując go do innego bitu kwantowego poprzez operację bramki splątanej. Dzięki temu w zakodowanych logicznych bitach kwantowych przechowywana informacja kwantowa jest chroniona przed błędami. I tu pojawia nam się kolejny problem: otóż jest to bezużyteczne bez operacji obliczeniowych, a te z kolei są podatne na błędy.

Jednak i ten problem został rozwiązany. Naukowcy zaimplementowali operacje na logicznych qubitach w taki sposób, że błędy spowodowane przez leżące u ich podstaw operacje fizyczne mogą być również wykrywane i korygowane. W ten sposób zaimplementowali pierwszą odporną na błędy implementację uniwersalnego zestawu bramek na zakodowanych logicznych bitach kwantowych.

Wdrożenie odporne na błędy wymaga większej liczby operacji niż wdrożenie odporne na błędy. Wprowadza to więcej błędów w skali pojedynczych atomów, ale mimo to eksperymentalne operacje na logicznych qubitach są lepsze niż operacje logiczne nietolerujące błędów. Wysiłek i złożoność wzrastają, ale uzyskana jakość jest lepsza.

— Podkreśla badacz.

Fizycy zademonstrowali teraz wszystkie  wyżej wspomniane elementy składowe odpornego na błędy systemu obliczeniowego na pokazowym komputerze kwantowym. Teraz stoi przed nimi zadanie polegające na przeniesieniu efektów swojej pracy na bardziej złożone jednostki.

Źródło: scitechdaily

Sprawdź najnowsze wpisy