Naukowcy z Uniwersytetu Yale zademonstrowali jeden z kluczowych etapów projektowania modularnych komputerów kwantowych: celową „teleportację” kwantowej bramki między dwoma kubitami.
Wyniki badań zostały opublikowane w czasopiśmie Nature. Główną zasadą tej pracy jest teleportacja kwantowa, unikalna właściwość mechaniki kwantowej, wcześniej używana do przenoszenia nieznanych stanów kwantowych między dwiema stronami bez fizycznego wysyłania samego stanu. Korzystając z protokołu teoretycznego opracowanego w latach 90. XX wieku, naukowcy z Yale eksperymentalnie zademonstrowali działanie kwantowe - bramę - bez żadnych bezpośrednich interakcji. Takie bramki są niezbędne w obliczeniach kwantowych, które opierają się na sieciach poszczególnych systemów kwantowych - architekturze, która według wielu badaczy może zrekompensować błędy nieodłączne od kwantowych procesorów obliczeniowych.
Zespół kierowany przez głównego badacza Roberta Schoelkopfa i byłego doktoranta Kevina Chowa bada modułowe podejście do obliczeń kwantowych. Modułowość nieodłączna we wszystkim, od organizacji komórki biologicznej po silniki najnowszych rakiet SpaceX, okazała się skuteczną strategią w budowaniu dużych, złożonych systemów. Kwantowa architektura modułowa składa się z zestawu modułów, które działają jako małe procesory kwantowe połączone z większą siecią.
Moduły w tej architekturze są w naturalny sposób odizolowane od siebie, co zapobiega niepożądanym interakcjom w większych systemach. Jednak ta izolacja komplikuje również transakcje między modułami. Bramki teleportowane to sposób wykonywania operacji między modułami.
Przegląd sieci modularnej architektury kwantowej w nowym badaniu.
„W naszej pracy po raz pierwszy zademonstrowano ten protokół, w którym klasyczna komunikacja odbywa się w czasie rzeczywistym, co pozwala na„ deterministyczną”operację, która za każdym razem wykonuje niezbędny proces” - mówi Chow.
W pełni działające komputery kwantowe mają potencjał do osiągania prędkości obliczeniowych o rzędy wielkości wyższych niż w przypadku dzisiejszych superkomputerów. Naukowcy z Yale przodują w badaniach nad opracowaniem pierwszych w pełni funkcjonalnych komputerów kwantowych i dokonali już przełomowych prac w dziedzinie obliczeń kwantowych z obwodami nadprzewodzącymi.
Obliczenia kwantowe są wykonywane przy użyciu wrażliwych bitów danych zwanych kubitami, które są podatne na błędy. W eksperymentalnych systemach kwantowych kubity „logiczne” są kontrolowane przez kubity „pomocnicze” w celu rejestracji i natychmiastowej korekcji błędów.
Film promocyjny:
„Nasz eksperyment jest pierwszą demonstracją operacji na dwóch kubitach między kubitami logicznymi” - mówi Schoelkopf. „To kamień milowy na drodze do przetwarzania informacji kwantowych za pomocą kubitów korygujących błędy”.
Vladimir Guillen