Kohinan hallintaa kvanttitietokoneille09.04.2026
”Meidän on löydettävä tapa havaita virheet ja korjata ne”, sanoi jatko-opiskelija Evangelos Piliouras. Yhdessä fyysikko Ed Barnesin kanssa Piliouras kehitti menetelmän kohinan vähentämiseksi ja kvanttitietokoneiden kohinan sietokyvyn parantamiseksi. Kvanttitietokoneen vaatimaan kubitin superpositioon päästään sähkömagneettisten pulssien, kuten tarkkuuslaserin tai mikroaaltosäteen, avulla. Kun kubitti on superpositiossa, pienikin kohina – pieni värähtely tai lämpötilan muutos – voi saada kubitin horjahtamaan pois superpositiosta. Pitääkseen kubittinsa tarkkoina tutkijat tekevät parhaansa suojatakseen niitä ulkomaailmalta alijäähdytetyissä jääkaapeissa ja tyhjiökammioissa. He ovat kokeilleet uusia materiaaleja ja laitteita kohinan minimoimiseksi, mutta laitteiston parantamiseksi on tehtävissä vain rajallinen määrä mahdollisuuksia. Niinpä tutkijat löysivät toisen keinon: Viime vuosikymmeninä fyysikot ovat havainneet, että he voivat alentaa virhemääriä räätälöimällä niiden sähkömagneettisten pulssien muotoa, jotka asettavat kubitit superpositioon. Tätä tekniikkaa kutsutaan kvanttiohjaukseksi, ja sitä voidaan konfiguroida loputtomasti. Pulssien kestoa, taajuutta ja voimakkuutta voidaan säätää kubitin tilan muuttamiseksi ja erilaisten toimintojen suorittamiseksi. ”Kvanttiohjauksen siunaus ja kirous on se, että on äärettömän monta tapaa saavuttaa sama tehtävä, mutta kukaan ei kerro parasta tapaa”, Piliouras sanoi. Tutkijat uskoivat vuosien ajan, että kvanttiohjauksessa oli luontainen kompromissi: Voit suunnitella täydellisen pulssin tietylle kvanttioperaatiolle, mutta silti kohinaa olisi liikaa. Virginian tutkijoiden uusi ratkaisu perustuu viitekehykseen, joka kuvaa pulssin muotoa piilotetun geometrisen rakenteen heittämänä ilmiönä – ikään kuin se olisi 3D-objektin varjo seinällä. Kvanttifysiikan alalla tätä näkökulmaa kutsutaan kvanttigeometriaksi. ”Olemme yllättyneet useita kertoja siitä, kuinka yksinkertaisiksi ja tyylikkäiksi kohinan vaimennusvaatimukset tulevat, kun käännämme ne tälle geometriselle kielelle”, Barnes sanoi. Hiottuaan tekniikkaansa Barnes ja Piliouras ryhtyivät yhteistyöhön toisen Virginia Techin jatko-opiskelijan Hisham Amerin kanssa, joka pystyi varmistamaan asian suorittamalla kokeita IBM:n kvanttitietokoneilla. Näiden suorituskyvyn parannusten myötä olemme päivän lähempänä laajamittaista kvanttilaskennan ensi-iltaa. Aiheesta aiemmin: Uusi tapa hallita kvanttihiukkasia kiinteissä aineissa |
Nanotekniikka on tulevaisuuden lupaus. Näillä sivuilla seurataan elektroniikkaa sekä tieto- ja sähkötekniikkaa sivuavia nanoteknisiä tiedeuutisia.
Kvanttitietokoneet ovat valtavia diivoja virheherkkyyden suhteen. Virginia Techin fyysikot kehittivät tekniikan, joka hyödyntää piilotettua kvanttigeometriaa ongelman yksinkertaistamiseksi.