Chińczycy pokonali kluczową barierę w komputerach kwantowych. Ustanowili rekord

Rozproszone obliczenia jako odpowiedź na wyzwania dotyczące skalowania

Obecne platformy kwantowe oparte na kubitach nadprzewodzących mają poważne ograniczenia. Im więcej kubitów upchamy na jednym chipie, tym trudniej je kontrolować i utrzymywać ich spójność. Właśnie dlatego pomysł rozproszonych systemów kwantowych zyskuje na znaczeniu. Kluczowym elementem takiego rozwiązania są bramki splątujące, czyli operacje, które potrafią połączyć kubity z różnych procesorów za pomocą zjawiska splątania kwantowego. Do tej pory takie połączenia realizowano głównie poprzez transfer stanu kwantowego, który ma swoje istotne wady.

Zespół z Beijing Academy of Quantum Information Sciences i Chińskiej Akademii Nauk poszedł zupełnie inną drogą. Zamiast skomplikowanych protokołów transferu, uczeni z Państwa Środka wykorzystali efekt rezonansu skrośnego i zwykły kabel mikrofalowy jako medium łączące.

Czytaj też: Matematyk wynalazł rewolucyjną metodę dla równań kwadratowych. Przełom po 4000 lat!

To podejście ma fundamentalną przewagę: podczas gdy transfer stanu kwantowego nie nadaje się do obliczeń obwodowych, nowa metoda umożliwia pełne uniwersalne obliczenia kwantowe. Badacze przetestowali swoją metodę na dwóch podstawowych bramkach logicznych. Rezultaty są najlepsze, jakie udało się dotąd osiągnąć w tego typu eksperymentach. W praktyce oznacza to, że bramka CNOT osiągnęła 99,15% wierności w czasie 204 nanosekund. W przypadku bramki CZ zmierzono 98,03% wierności w ciągu 430 nanosekund, przy czym procesory znajdowały się w odległości 30 centymetrów od siebie. Dla porównania, wcześniejsze metody oparte na sprzężeniu zwrotnym oferowały zaledwie 70,2% wierności przy znacznie dłuższych czasach wykonania. Zespół potwierdził również zdalne splątanie kwantowe poprzez test naruszenia nierówności Bella. Uzyskana wartość 2,87 przekracza nawet teoretyczny limit kwantowy wynoszący około 2,83. Po korekcji błędów odczytu wierność stanu Bella sięgnęła 99,14%.

Siła prostoty i dalsze losy rozproszonych układów

Jak dodają sami zainteresowani, protokół jest niezwykle prosty w implementacji, nie wymaga żadnych dodatkowych kubitów ani linii sterujących. W związku z tym wydaje się, iż może to być kluczowy element budulcowy dla rozproszonych obliczeń kwantowych. To nie jest przypadkowa zaleta, lecz celowy projekt. Im mniej skomplikowany układ, tym łatwiej go skalować i tym mniej potencjalnych źródeł błędów. Oczywiście badacze nie poprzestają na tej demonstracji. Planują stworzenie większych chipów zawierających po około 100 kubitów każdy. Pracują też nad kablami mikrofalowymi typu plug-and-play, które umożliwią wymianę komponentów bez konieczności wyjmowania całego systemu z kriogenicznego chłodzenia.

Czytaj też: Czas porzucić magnesowe uzależnienie od Chin. Naukowcy dokonali zaskakujących odkryć

Co ciekawe, ta sama metoda może znaleźć zastosowanie nie tylko do łączenia odległych chipów, ale także do sprzęgania kubitów na tym samym procesorze. To otworzyłoby drogę do implementacji zaawansowanych kodów korekcji błędów kwantowych. Opublikowana w Physical Review Letters praca to dopiero pierwszy krok. Jeśli obietnice się spełnią, możemy być świadkami prawdziwego przełomu w budowie praktycznych komputerów kwantowych. A przecież każde takie przełamanie bariery technologicznej przybliża moment, w którym komputery kwantowe przestaną być ciekawostką laboratoryjną, a staną się użytecznym narzędziem.