Використовуючи ідею досліду Шредінгера з котом, науковці з колаборації EPFL створили новий тип кубітів "критичного коду Шредінгера". На їх думку, технологія за допомогою бозонів зберігає й обробляє дані більш надійно, ніж попередні моделі кубітів.
Новий тип кубітів
Квантове обчислення використовує принципи квантової механіки для кодування та обробки даних. Це означає, що в недалекому майбутньому можуть бути вирішені всі проблеми, які недоступні для сучасних комп'ютерів. Як відомо, останні працюють тільки з двома бітами "0" або "1", тоді як робота квантових комп'ютерів заснована на кубітах - основних одиницях квантової інформації.
"Застосування сучасних комп'ютерів варіюється від пошуку ліків до оптимізації та моделювання складних біологічних систем та матеріалів. Але квантове обчислення має потенціал перебудувати великі галузі науки, промисловості та суспільства", - каже професор Вінченцо Савона, директор Центру квантової науки та інженерної справи EPFL.
На відміну від класичних бітів, кубіти існують у "суперпозиції" обох станів 0 і 1 одночасно, що дозволяє квантовим операторам одночасно досліджувати кілька рішень, тобто значно підвищується ефективність розв'язання обчислювальних задач.
Однак квантові системи, скажімо так, надто делікатні та схильні до помилок, спричинених взаємодією з навколишнім середовищем.
"Розробка стратегій для захисту або кубітів від цього або для виявлення і виправлення помилок після того, як вони сталися, мають вирішальне значення для забезпечення розвитку великомасштабних і безпомилкових квантових комп'ютерів", - впевнений Савона.
Разом з фізиками Лука Гравіной і Фабриціо Мінганті вони досягли значного прориву, запропонувавши "критичний код Шредінгера" для покращеної стійкості до помилок. Дослідження вводить нову схему кодування, яка революціонізує надійність квантових комп'ютерів.
За словами вчених, "ми створили систему, яка перевершує своїх попередників, а це значний крок вперед для квантового обчислення в цілому".
Що таке "критичний код Шредінгера"?
У 1935 році фізик Ервін Шредінгер запропонував уявний експеримент з котом, який одночасно живий і мертвий, залежно від погляду на нього. Таким чином німецький фізик фактично "обнулив" пануюче на той момент розуміння квантової механіки в стилі копенгагенської інтерпретації.
В експерименті Шредінгера кіт поміщається в герметично закриту коробку з флягою отрути й радіоактивним джерелом. Якщо один атом радіоактивного джерела розпадається, радіоактивність виявляється лічильником Гейгера, фляга розбивається, отрута виходить, кіт помирає.
Згідно із копенгагенською інтерпретацією квантової механіки, якщо атом спочатку перебуває у суперпозиції, кіт успадковує той самий стан і опиняється у суперпозиції живого і мертвого.
"Цей стан являє собою квантовий біт, реалізований на макроскопічному рівні", - каже Савона.
Десятиріччя тому вчені черпали натхнення з досліду Шредінгера, щоб побудувати техніку кодування, яку називають "кодом Шредінгера". Тут стани 0 і 1 кубіта кодуються на дві протилежні фази коливального електромагнітного поля в резонансному порожнистому просторі, подібно до станів мертвого або живого кота.
"У минулому коди котів Шредінгера реалізовувалися за допомогою двох різних підходів", - пояснює Савона.
"Один використовує ангармонічні ефекти в резонаторі, інший спирається на ретельно спроектовані втрати в резонаторі. У нашій роботі ми об'єднали їх, працюючи в проміжному режимі, поєднуючи найкраще з обох світів".
"Хоча раніше цей гібридний режим вважався безплідним, він забезпечує розширені можливості придушення помилок".
Основна ідея полягає в тому, щоб працювати близько до критичної точки фазового переходу, на що посилається "критична" частина коду Шредінгера.
