Topologiczna korekcja błędów – realizacja komputera kwantowego coraz bliżej?

Międzynarodowy zespół fizyków jako pierwszy na świecie dokonał implementacji topologicznej korekcji błędów – techniki mogącej odegrać istotną rolę w procesie rozwoju komputerów kwantowych.

Komputery kwantowe, zgodnie z licznymi pracami teoretycznymi, mogą całkowicie zrewolucjonizować współczesny rynek komputerowy, zapewniając bardzo dużą moc obliczeniową oraz niezwykle krótki czas przetwarzania kwantowej informacji. Praktyczna realizacja takiego komputera wymaga jednak przezwyciężenia wielu przeszkód związanych z kwantową naturą kubitów (bitów kwantowych). Jedną z takich przeszkód jest zjawisko dekoherencji tj. proces związany z utratą informacji zapisanej w kubitach, wskutek ich oddziaływania z najbliższym otoczeniem. Przeciwdziałanie dekoherencji układu kwantowego, przynajmniej na czas wykonywania obliczeń, polega na stosowaniu techniki kwantowej korekcji błędów, polegającej na dystrybucji informacji kwantowej przechowywanej w pojedynczym kubicie, znajdującym się zwykle w otoczeniu wielu splątanych bitów kwantowych.

Topologiczne bity kwantowe

Zespół fizyków kierowany przez Jian-Wei Pana z University of Science and Technology of China w Szanghaju opracował nową technikę kwantowej korekcji błędów wykorzystującą tzw. topologiczne bity kwantowe, które charakteryzują się większą odpornością na działanie czynników zewnętrznych w porównaniu ze „zwykłymi” kubitami. Każdy topologiczny bit kwantowy składa się z ośmiu splątanych fotonów, z których każdy, w zależności od stopnia polaryzacji, może przyjmować logiczną wartość „0” lub „1”. Każdy z takich ośmiu fotonów splątany jest ze swoim najbliższym sąsiadem, tworząc pewnego rodzaju układ, kształtem przypominający sześcian. Takie rozwiązanie, zdaniem autorów, posiada pewną topologię, chroniącą kwantową korelację istniejącą pomiędzy kubitami.

Aby przetestować poprawność działania opracowanego algorytmu, zespół wykonał serię doświadczeń polegającą na celowym wprowadzeniu pojedynczych błędów do badanego układu. Wyniki testów okazały się bardzo zadowalające, ponieważ każdy błąd został zidentyfikowany oraz naprawiony. „Przeprowadzony przez nas eksperyment dowiódł, że technika topologicznej korekcji błędów może stać się jednym z najbardziej praktycznych sposobów projektowania komputerów kwantowych”, powiedział Pan.

Artykuł pochodzi ze strony: physicsworld.com