Průlom ve Švýcarsku: Nová kvantová operace přibližuje stabilní superpočítače s 99% přesností

Vědci z ETH Curych dosáhli významného průlomu v oblasti kvantových počítačů, když se jim podařilo výrazně zvýšit stabilitu neutrálních atomových qubitů.

Vědci z ETH Curych dosáhli významného průlomu v oblasti kvantových počítačů, když se jim podařilo výrazně zvýšit stabilitu neutrálních atomových qubitů. Současně vyvinuli nový typ kvantové operace, která posouvá kvantové výpočty o krok dál.

Kvantové počítače jsou považovány za budoucnost výpočetní techniky, schopné provádět výpočty rychlostí, jaké konvenční počítače na bázi křemíku nedokážou. Klíčem k této schopnosti jsou kvantové bity neboli qubity, které mohou existovat ve stavech 0, 1 nebo v kombinaci obou, známé jako superpozice. Kvantové počítače využívají také výpočetní brány, které umožňují qubitům měnit stavy a provádět výpočty paralelně. Jednou z kritických bran pro kvantové operace je tzv. swap brána, která umožňuje dvěma qubitům vyměnit si své kvantové stavy.

Problémem dosud byla spolehlivost těchto bran. Swap brány se spoléhají na tunelový jev a vysoce excitované elektronické stavy atomů, což vše závisí na síle a laditelnosti laserů, které drží atomy tvořící qubity. Jakékoli kolísání v načasování nebo síle laserů vnáší do systému chyby, což činí brány nespolehlivými. Zatímco u konvenčních bitů se chyby objevují zhruba jednou z bilionu, u qubitů je to častěji, přibližně jednou z tisíce.

K překonání této překážky využili vědci z ETH Curych jemnější efekt nazvaný geometrická fáze. Ten využívá dráhu, kterou atomy urazí skrze umělý „krystal světla“ vytvořený křížícími se laserovými paprsky. Když se dva atomy draslíku, držené v takovém uspořádání, přiblíží natolik, že se jejich kvantové vlny překrývají, jejich kombinovaný stav se mění v závislosti na jejich relativním pohybu. Protože výsledek již nezávisí na tom, jak rychle se atomy pohybují nebo jak silné jsou lasery, ale na celkové dráze, kterou systém urazí, je méně náchylný k vnějším rušením a tím pádem stabilnější.

Nadřazenost tohoto přístupu demonstroval výzkumný tým na systému se 17 000 páry qubitů. S jejich swap branami dosáhli přesnosti 99,1 %, přičemž operace proběhly během milisekundy. Vědci také úspěšně vytvořili „poloviční swap brány“, které qubity vyměňují pouze částečně, což je klíčové pro spouštění skutečných kvantových algoritmů. Zatímco plný swap přesouvá informace, poloviční swap může nejen vyměňovat informace, ale také vytvářet korelace mezi qubity, což klasické bity nedokážou.

Tento objev by mohl výrazně snížit počet qubitů potřebných pro složité algoritmy, jako je Shorův algoritmus, z milionů na pouhých 10 000. Ačkoli takový kvantový superpočítač nemusí být nasazen v nejbližší době, tento výzkum nás výrazně přibližuje k jeho realitě. Zjištění výzkumu byla publikována v prestižním časopise Nature.