[ad_1]
Naukowcom z uniwersytetów w Moguncji, Ołomuńcu i Tokio udało się wygenerować logiczny qubit z pojedynczego impulsu światła, który ma wbudowaną zdolność do korygowania błędów.
W dziedzinie obliczeń kwantowych poczyniono znaczne postępy. Wielcy światowi gracze, tacy jak Google i IBM, oferują już usługi obliczeń kwantowych w chmurze. Jednak komputery kwantowe nie mogą jeszcze pomóc w rozwiązywaniu problemów, które pojawiają się, gdy standardowe komputery osiągają granice swoich możliwości, ponieważ dostępność kubitów lub bitów kwantowych, tj. podstawowych jednostek informacji kwantowej, jest wciąż niewystarczająca. Jednym z powodów takiego stanu rzeczy jest fakt, że gołe kubity nie nadają się do natychmiastowego uruchomienia algorytmu kwantowego.
Podczas gdy bity binarne zwykłych komputerów przechowują informacje w postaci stałych wartości 0 lub 1, kubity mogą reprezentować 0 i 1 w tym samym czasie, wprowadzając do gry prawdopodobieństwo co do ich wartości. Jest to znane jako superpozycja kwantowa. Sprawia to, że są one bardzo podatne na wpływy zewnętrzne, co oznacza, że przechowywane przez nie informacje mogą zostać łatwo utracone. Aby zapewnić, że komputery kwantowe dostarczają wiarygodnych wyników, konieczne jest wygenerowanie prawdziwego splątania w celu połączenia kilku fizycznych kubitów w logiczny kubit. Jeśli jeden z tych fizycznych kubitów ulegnie awarii, pozostałe kubity zachowają informacje. Jednak jedną z głównych trudności uniemożliwiających rozwój funkcjonalnych komputerów kwantowych jest duża liczba wymaganych kubitów fizycznych.
Zalety podejścia opartego na fotonach
Aby uczynić obliczenia kwantowe opłacalnymi, stosuje się wiele różnych koncepcji. Duże korporacje polegają obecnie na przykład na nadprzewodzących systemach półprzewodnikowych, ale mają one tę wadę, że działają tylko w temperaturach bliskich zera bezwzględnego. Z drugiej strony, koncepcje fotoniczne działają w temperaturze pokojowej. Pojedyncze fotony zwykle służą tutaj jako fizyczne kubity. Te fotony, które są w pewnym sensie małymi cząsteczkami światła, z natury działają szybciej niż kubity półprzewodnikowe, ale jednocześnie łatwiej je utracić. Aby uniknąć utraty kubitów i innych błędów, konieczne jest połączenie kilku jednofotonowych impulsów światła w celu skonstruowania logicznego kubitu – tak jak w przypadku podejścia opartego na nadprzewodnikach.
Kubit z nieodłączną zdolnością do korekcji błędów
Naukowcy z Uniwersytetu Tokijskiego wraz z kolegami z Uniwersytetu Johannesa Gutenberga w Moguncji (JGU) w Niemczech i Uniwersytetu Palackiego w Ołomuńcu w Czechach zademonstrowali niedawno nowy sposób budowy fotonicznego komputera kwantowego. Zamiast wykorzystywać pojedynczy foton, zespół zastosował generowany laserowo impuls światła, który może składać się z kilku fotonów. „Nasz impuls laserowy został przekształcony w kwantowy stan optyczny, który daje nam nieodłączną zdolność do korygowania błędów” – stwierdził profesor Peter van Loock z Uniwersytetu w Moguncji. „Chociaż system składa się tylko z impulsu laserowego, a zatem jest bardzo mały, może – w zasadzie – natychmiast wyeliminować błędy”. Nie ma więc potrzeby generowania pojedynczych fotonów jako kubitów za pomocą wielu impulsów świetlnych, a następnie ich interakcji jako logicznych kubitów. „Potrzebujemy tylko jednego impulsu światła, aby uzyskać solidny kubit logiczny” – dodał van Loock. Innymi słowy, fizyczny kubit jest już równoważny logicznemu kubitowi w tym systemie – to niezwykła i unikalna koncepcja. Jednak logiczny kubit wyprodukowany eksperymentalnie na Uniwersytecie Tokijskim nie był jeszcze wystarczającej jakości, aby zapewnić niezbędny poziom tolerancji na błędy. Niemniej jednak naukowcy wyraźnie wykazali, że możliwe jest przekształcenie nieuniwersalnie poprawnych qubitów w poprawne qubity przy użyciu najbardziej innowacyjnych kwantowych metod optycznych.
Odpowiednie wyniki badań zostały niedawno opublikowane w Science. Opierają się one na trwającej około 20 lat współpracy między grupą eksperymentalną Akiry Furusawy w Japonii a zespołem teoretycznym Petera van Loocka w Niemczech.
[ad_2]