Καθοριστική πρόοδος σημειώνεται στον τομέα της κβαντικής πληροφορικής, καθώς ερευνητές από το Πανεπιστήμιο της Οσάκα παρουσίασαν μια νέα μέθοδο που υπόσχεται να μειώσει δραστικά τις απαιτήσεις για τη δημιουργία αξιόπιστων «μαγικών καταστάσεων», μιας κρίσιμης παραμέτρου για την υλοποίηση αξιόπιστων και επεκτάσιμων κβαντικών υπολογιστών.
Η μελέτη, που δημοσιεύθηκε στο επιστημονικό περιοδικό PRX Quantum, περιγράφει μια καινοτόμο τεχνική η οποία επιτρέπει την παρασκευή «μαγικών καταστάσεων» υψηλής πιστότητας με πολύ μικρότερο υπολογιστικό και υλικό κόστος σε σχέση με τις προηγούμενες μεθόδους. Οι ερευνητές από το Graduate School of Engineering Science και το Center for Quantum Information and Quantum Biology του Πανεπιστημίου της Οσάκα δηλώνουν ότι η προσέγγισή τους μπορεί να φέρει σημαντικά πιο κοντά την εποχή των πρακτικά χρήσιμων κβαντικών υπολογιστών.
Η βασική πρόκληση που καλείται να ξεπεράσει η κβαντική πληροφορικής αφορά την αντιμετώπιση του λεγόμενου «θορύβου», των ανεπιθύμητων παρεμβολών από το περιβάλλον που μπορούν εύκολα να διαταράξουν την ευαίσθητη κατάσταση ενός κβαντικού συστήματος. Όπως εξηγεί ο επικεφαλής της έρευνας Tomohiro Itogawa,
Ο θόρυβος είναι ο μεγαλύτερος εχθρός των κβαντικών υπολογιστών. Ακόμα και μια ελάχιστη αλλαγή στη θερμοκρασία ή η αλληλεπίδραση με ένα μεμονωμένο φωτόνιο μπορεί να καταστρέψει τη λειτουργία του συστήματος.
Για να ξεπεραστεί αυτό το εμπόδιο, η επιστημονική κοινότητα στρέφεται στην ανάπτυξη λεγόμενων «ανθεκτικών σε σφάλματα» κβαντικών υπολογιστών. Στο επίκεντρο αυτής της προσπάθειας βρίσκεται η διαδικασία της παρασκευής μαγικών καταστάσεων, μια μέθοδος μέσω της οποίας δημιουργούνται καθαρές κβαντικές καταστάσεις από πολλές θορυβώδεις, προκειμένου να ενισχυθεί η ακρίβεια και η αξιοπιστία των υπολογισμών.
Ωστόσο, η παραδοσιακή απόσταξη μαγικών καταστάσεων είναι εξαιρετικά απαιτητική, καθώς χρειάζεται μεγάλο αριθμό qubits, των βασικών μονάδων πληροφορίας στην κβαντική πληροφορική. Όπως αναφέρει ο Keisuke Fujii, ανώτερος συγγραφέας της μελέτης,
Θέλαμε να δούμε αν υπάρχει τρόπος να επισπεύσουμε τη διαδικασία δημιουργίας αυτών των κρίσιμων καταστάσεων, μειώνοντας παράλληλα τις απαιτήσεις σε υπολογιστικούς πόρους.
Με βάση αυτή την αναζήτηση, η ερευνητική ομάδα ανέπτυξε μια νέα προσέγγιση, που αποκαλεί «επίπεδο μηδέν» στην απόσταξη μαγικών καταστάσεων. Αντί να εφαρμόσουν την τεχνική σε αφηρημένα ή υψηλότερα επίπεδα του συστήματος, οι ερευνητές σχεδίασαν ένα κύκλωμα ανοχής σφαλμάτων που λειτουργεί στο φυσικό επίπεδο των qubits. Αυτή η προσέγγιση όχι μόνο απαιτεί σημαντικά λιγότερους πόρους, αλλά μειώνει το συνολικό «κόστος» σε χώρο και χρόνο έως και δεκάδες φορές σε σχέση με τις συμβατικές μεθόδους.
Η σημασία αυτής της εξέλιξης είναι διττή. Αφενός, διευκολύνει την κατασκευή πιο συμπαγών και αποδοτικών κβαντικών υπολογιστών. Αφετέρου, ανοίγει τον δρόμο για μεγαλύτερη πρακτική αξιοποίηση των κβαντικών υπολογιστών σε τομείς όπως η βιοτεχνολογία, τα χρηματοοικονομικά και η τεχνητή νοημοσύνη, πεδία όπου η υπολογιστική ισχύς που υπόσχεται η κβαντική τεχνολογία μπορεί να επιφέρει πραγματική επανάσταση.
Αν και οι εμπορικά διαθέσιμοι και πλήρως ανθεκτικοί σε σφάλματα κβαντικοί υπολογιστές παραμένουν ένα μεσοπρόθεσμο ζητούμενο, ο Itogawa και ο Fujii εμφανίζονται αισιόδοξοι. Πιστεύουν ότι η προσέγγισή τους μπορεί να λειτουργήσει ως θεμέλιο για μελλοντικές εφαρμογές και να επιταχύνει την είσοδο της κβαντικής τεχνολογίας στην καθημερινότητα.
[via]
