Πραγματοποιήθηκε θεμελιώδης κβαντική λειτουργία.
Οι κβαντικοί υπολογιστές απαιτούν πάντα μηχανισμούς διόρθωσης σφαλμάτων καθώς είναι πιο επιρρεπείς σε διαταραχές. Ο πλεονασμός μπορεί να επιτευχθεί με τη διασπορά λογικών κβαντικών πληροφοριών σε μια πεπλεγμένη κατάσταση διαφορετικών φυσικών συστημάτων, όπως πολλαπλά μεμονωμένα άτομα, επειδή οι θεμελιώδεις νόμοι της κβαντικής φυσικής απαγορεύουν την αντιγραφή κβαντικών πληροφοριών .
Τώρα, μια ομάδα επιστημόνων πραγματοποίησε, για πρώτη φορά, με επιτυχία ένα σύνολο υπολογιστικών πράξεων σε δύο λογικά qubits.
Απαιτείται ένα καθολικό σύνολο πυλών για έναν πραγματικό κβαντικό υπολογιστή . Μέσα από αυτές τις πύλες, μπορεί κανείς να προγραμματίσει όλους τους αλγόριθμους.
Οι επιστήμονες εφάρμοσαν αυτό το καθολικό σύνολο πυλών σε έναν κβαντικό υπολογιστή παγίδας ιόντων που διαθέτει 16 παγιδευμένα άτομα. Οι κβαντικές πληροφορίες αποθηκεύτηκαν σε δύο λογικά κβαντικά bit, το καθένα κατανεμημένο σε επτά άτομα. Τώρα, για πρώτη φορά, κατέστη δυνατή η υλοποίηση δύο υπολογιστικών πυλών σε αυτά τα κβαντικά bit ανοχής σε σφάλματα , τα οποία είναι απαραίτητα για ένα καθολικό σύνολο πυλών: μια υπολογιστική λειτουργία σε δύο κβαντικά bit (μια πύλη CNOT) και μια λογική T πύλη, το οποίο είναι ιδιαίτερα δύσκολο να εφαρμοστεί σε κβαντικά bit με ανοχή σε σφάλματα.
© Πανεπιστήμιο του Ίνσμπρουκ
Δημιουργώντας μια συγκεκριμένη κατάσταση σε ένα λογικό κβαντικό bit και τηλεμεταφέροντάς το σε ένα άλλο κβαντικό bit μέσω μιας λειτουργίας πεπλεγμένης πύλης, οι φυσικοί έδειξαν την πύλη T.
Οι επιστήμονες εφάρμοσαν λειτουργίες στα λογικά qubits, έτσι ώστε τα σφάλματα που προκαλούνται από τις υποκείμενες φυσικές διεργασίες να μπορούν επίσης να εντοπιστούν και να διορθωθούν. Ως εκ τούτου, έχουν εφαρμόσει την πρώτη ανοχή σε σφάλματα υλοποίηση ενός καθολικού συνόλου πυλών σε κωδικοποιημένα λογικά κβαντικά bit.
Ο Thomas Monz του Τμήματος Πειραματικής Φυσικής του Πανεπιστημίου του Innsbruck είπε : «Η εφαρμογή με ανοχή σε σφάλματα απαιτεί περισσότερα από λειτουργίες που δεν είναι ανεκτικές σε σφάλματα. Αυτό θα εισάγει περισσότερα σφάλματα στην κλίμακα μεμονωμένων ατόμων, αλλά οι πειραματικές πράξεις στα λογικά qubits είναι καλύτερες από τις λογικές πράξεις που δεν είναι ανεκτικές σε σφάλματα. Η προσπάθεια και η πολυπλοκότητα αυξάνονται, αλλά η ποιότητα που προκύπτει είναι καλύτερη».
Χρησιμοποιώντας αριθμητικές προσομοιώσεις σε κλασικούς υπολογιστές, οι επιστήμονες επιβεβαίωσαν τα αποτελέσματα. Έδειξαν όλα τα δομικά στοιχεία για υπολογιστές με ανοχή σε σφάλματα σε έναν κβαντικό υπολογιστή. Το καθήκον τώρα είναι να εφαρμόσουμε αυτές τις μεθόδους σε μεγαλύτερους και πιο χρήσιμους κβαντικούς υπολογιστές. Οι μέθοδοι που παρουσιάζονται στο Innsbruck σε έναν κβαντικό υπολογιστή με παγίδα ιόντων μπορούν επίσης να χρησιμοποιηθούν σε άλλες αρχιτεκτονικές για κβαντικούς υπολογιστές.
Αναφορά περιοδικού:
Poster, L., Heuβen, S., Pogorelov, I. et al. Επίδειξη ανεκτικών σε σφάλματα καθολικών λειτουργιών κβαντικής πύλης. Nature 605, 675–680 (2022). DOI: 10.1038/s41586-022-04721-1
Πηγή: Tech Explorist.
