Merkittävä kvanttilaskennan esteen poistaminen

Harvardin yliopiston tiedemiehet ovat Nature-lehdessä julkaistussa artikkelissa esitteleet yli 3 000 kvanttibitin järjestelmän, joka kykeni toimimaan yli kaksi tuntia. Tämä järjestelmä voitti useita teknisiä haasteita ja oli merkittävä askel kohti supertietokoneiden rakentamista, jotka voisivat mullistaa tieteen, lääketieteen, rahoituksen ja muita aloja.

”Demonstroimme jatkuvan toiminnan 3 000 kubitin järjestelmällä”, sanoi uuden artikkelin vanhempi kirjoittaja Mikhail Lukin. ”Mutta on myös selvää, että tämä lähestymistapa toimii myös paljon suuremmille lukumäärille.”

Suurten kvanttijärjestelmien toteuttaminen on asettanut suuria haasteita.

Esimerkiksi neutraalien atomien järjestelmät ovat nousseet yhdeksi lupaavimmista alustoista kvanttitietokoneille.

Mutta yksi itsepäinen ongelma on ollut "atomihävikki" – kubitit karkaavat ja menettävät koodatun informaationsa. Tämä puute on rajoittanut kokeiluja kertaluonteisiin hankkeisiin, joissa tutkijoiden on keskeytettävä homma ja ladattava atomit uudelleen ja aloitettava alusta.

Uudessa tutkimuksessa tiimi kehitti järjestelmän, jolla kubitteja voidaan jatkuvasti ja nopeasti täydentää käyttämällä "optisia hilakuljetinhihnoja" (atomien laseraalloilla) ja "optisia pinsettejä". Järjestelmä voi ladata uudelleen jopa 300 000 atomia sekunnissa.

”Osoitamme tavan, jolla voit lisätä uusia atomeja kun niitä katoaa ilman, että järjestelmässä jo olevaa informaatiota tuhoutuu”, sanoo Elias Trapp, artikkelin toinen kirjoittaja. ”Se todella ratkaisee tämän perustavanlaatuisen atomien katoamisen pullonkaulan.”

Lukin lisäsi: ”Tämä järjestelmän uudenlainen jatkuva toiminta, johon liittyy kyky korvata nopeasti kadonneita kubitteja, voi olla käytännössä tärkeämpää kuin tietty määrä kubitteja.”

Jatkokokeissa tiimi aikoo soveltaa tätä lähestymistapaa laskelmien suorittamiseen.

Tutkimuksen johtava kirjoittaja ja tohtoriopiskelija Neng-Chun Chiu sanoi: ”Meidät erottaa joukosta kolmen asian yhdistelmä – mittakaava, kvantti-informaation säilyttäminen ja koko prosessin riittävän nopea käyttökelpoisuus.”

Uusi tutkimus vie eteenpäin nopeasti kehittyvää tutkimuksen eturintamaa. Itse asiassa Caltechin tiimi hieman aiemmin 6 100 kubitin järjestelmän, mutta se kykeni toimimaan vain alle 13 sekuntia.

Toisessa julkaistussa artikkelissa Harvard-MIT-tiimi esitteli arkkitehtuurin uudelleenkonfiguroitaville atomiryhmille eksoottisten kvanttimagneettien simuloimiseksi.

Lähestymistapa mahdollistaa prosessorin liitettävyyden muuttamisen laskennan aikana. Sitä vastoin useimmissa nykyisissä tietokonesiruissa – kuten matkapuhelimen tai pöytätietokoneen siruissa – on kiinteä liitettävyys.

”Voimme kirjaimellisesti konfiguroida atomitason kvanttitietokoneen uudelleen sen ollessa toiminnassa”, Lukin sanoi. ”Pohjimmiltaan järjestelmästä tulee elävä organismi.”

Nature-lehdessä julkaistussa kolmannessa artikkelissa tiimi esittelee kvanttiarkkitehtuurin, jossa käytetään uusia virheenkorjausmenetelmiä.

Tämän uuden tutkimuskokonaisuuden avulla Lukin uskoo, että nyt on mahdollista kuvitella kvanttitietokoneita, jotka pystyvät suorittamaan miljardeja operaatioita ja jatkamaan toimintaansa päivien ajan.

”Tämän unelman toteuttaminen on nyt ensimmäistä kertaa koskaan suorassa näköpiirissämme”, hän sanoi. ”Voimme todella nähdä hyvin suoran polun sen toteuttamiseen.”

Aiheesta aiemmin:

Uusi maailmanennätys kubitin toiminnan tarkkuudessa

Kvanttiportteja, hyperlomittumista ja kvanttisuodatin

Topologinen kvanttilaskenta askeleen lähemmäksi todellisuutta