Porozmawiajmy o nauce: naukowcy opracowali technologię zmniejszającą liczbę błędów w komputerach kwantowych
W rubryce „Porozmawiajmy o nauce” proponujemy dziś do rozważenia kwestię związaną z odkryciem australijskich naukowców w dziedzinie technologii komputerowych.
Grupa badawcza z Uniwersytetu w Sydney, kierowana przez profesora Arne Grimsmo, bada problemy tworzenia i ulepszania tzw. komputerów kwantowych. Różnica między tymi komputerami a zwykłymi polega na zastosowanej technologii rachunkowości informacyjnej. Jeśli w zwykłych komputerach operują one bitami – jedną z wartości 0 lub 1 w takim czy innym czasie, to w komputerach kwantowych operacje idą na qubitach (bitach kwantowych), kiedy zarówno 0, jak i 1 mogą być jednocześnie .
W takiej czy innej formie komputery kwantowe i ich modele są prezentowane od początku XXI wieku, ale rozwój tego rodzaju technologii jest hamowany przez stale „wyskakujące” błędy kwantowe. Błędy te w rzeczywistości umożliwiają wykorzystanie komputerów kwantowych do rozwiązania niewielkiego zakresu problemów. Nie ma wystarczającej wszechstronności znanej technologii komputerowej.
Australijscy naukowcy z entuzjazmem podchodzą do zmniejszenia liczby wspomnianych błędów w komputerach kwantowych.
Grupa specjalistów opracowała specjalne kwantowe kody korekcyjne. Kody te są ustrukturyzowane w specjalnej przestrzeni układu kwantowego składającego się z bozonów.
Arne Grimsmo:
Piękno tych kodów polega na tym, że są one niezależne od platformy i mogą być zaprojektowane do pracy z szeroką gamą kwantowych systemów sprzętowych. Eksperymentalnie zademonstrowano wiele różnych typów kodów korekcji błędów bozonowych. Połączyliśmy te kody we wspólną strukturę.
Naukowcy podają, że kluczem do zmniejszenia liczby błędów jest wykorzystanie teorii przestrzeni Gilberta. Jest to matematyczna abstrakcja, która pozwala na nieskończoną wymiarowość.
Z materiału australijskich naukowców:
Komputery kwantowe wykonują swoje zadania poprzez kodowanie informacji przy użyciu superpozycji kwantowej, fundamentalnego aspektu natury, w którym wynik końcowy układu fizycznego pozostaje niepewny, dopóki nie zostanie zmierzony. Do tego momentu informacja istnieje w stanie kilku możliwych wyników.
Naukowcy w badaniach używają „najprostszych bozonów” - fotonów (bezmasowych porcji energii elektromagnetycznej w widmie widzialnym lub, upraszczając, „cząstek światła”). Pozwala to zmniejszyć liczbę błędów w układach kwantowych, w których rozlicza się kilka cząstek jednocześnie, „rozróżnialnych od siebie”. Na przykład liczba błędów jest niezwykle wysoka, gdy przepływy jonów i elektronów są uważane za „nośniki” informacji. Ale jeśli weźmiemy pod uwagę „cząstki nierozróżnialne” – te same fotony – to możemy zredukować liczbę układów kwantowych potrzebnych do stworzenia komputera. A tam, gdzie jest mniej takich systemów, jest mniej błędów.
Naukowcy mają nadzieję, że ich fundamentalna praca pomoże zbudować mapę drogową odporności na błędy w obliczeniach kwantowych i stworzyć komputery kwantowe do szerokiego zakresu zastosowań: od rozwiązywania problemów kryptograficznych po symulowanie super złożonych procesów naturalnych i technologicznych.
informacja