Kvantové výpočty jsou o další krok blíže realitě
V oblasti kvantových počítačů byl dosažen další významný milník: kvantové výpočty na bázi křemíku překročily 99% přesnost. Tohoto úspěchu se podařilo dosáhnout dokonce hned třem různým výzkumným týmům.
Tři samostatné týmy docílily téměř plné požadované věrnosti přenosu informace, čímž dosáhly prakticky bezchybné kvantové operace. Informace o tom přinesly odborné časopisy Nature a Science Alert.
Různou cestou ke stejnému cíli
Každý z těchto milníků by sám o sobě byl významným úspěchem, ale to, že je dosáhly všechny tři týmy nezávisle na sobě naznačuje, že kvantové výpočty nyní postoupily o velký krok vpřed a že kvantové operace jsou možná už opravdu na dosah. Tyto výsledky znamenají, že už je možné postavit kvantové počítače, které mají dostatečné parametry i výkon, aby zvládly smysluplné výpočty.
Australský tým, který vedl fyzik Andrea Morello z University of New South Wales, dosáhl přesnosti 99,95 % u operací s jedním qubitem a 99,37 % u operací se dvěma qubity v systému se třemi qubity.
Další dva týmy, nizozemský a japonský, zvolily jiný přístup. Vytvořily kvantové tečky z křemíku, germania a slitiny křemíku a nainstalovaly dvouelektronové qubitové hradlo, tzn., o obvod více qubitů. Poté upravily napětí aplikované na jejich příslušné systémy pomocí protokolu Tomografie hradlové sady.
Nizozemský tým, v jehož čele byl fyzik Seige Tarucha z Delft University of Technology, dosáhl přesnosti 99,87 % pro operace s jedním qubitem a 99,65 % pro operace se dvěma qubity. Japonský tým vedený fyzikem Akito Noirim z RIKEN, dosáhl 99,84% přesnosti pro jednoqubitové a 99,51 % pro dvouqubitové operace.
Řešení založené na křemíku
Kvantové výpočty se spoléhají na kvantovou mechaniku, kdy je informace zakódována v qubitech neboli kvantových bitech – kvantovém výpočetním ekvivalentu binárních bitů, základních jednotek informace. Pokud však bity zpracovávají informace v jednom ze dvou stavů – 1 nebo 0 – může být qubit ve stavu 1 a 0 nebo obou současně. Druhý stav – 1 a 0 zároveň – je známý jako superpozice, a právě udržování superpozice qubitů umožňuje kvantovým počítačům řešit složité matematické problémy prostřednictvím výpočtů založených na pravděpodobnosti stavu objektu před jeho měřením. Toto úsilí je však vysoce náchylné k chybám a zlepšení věrnosti kvantových operací bylo proto předmětem intenzivního studia.
Andrea Morello a jeho kolegové dokázali už v roce 2014 dosáhnout 35sekundovou životnost kvantové informace v křemíkovém substrátu. Jejich qubity byly založeny na spinových stavech jader, které izolované od prostředí umožnily nastavení nového časového měřítka. Ale právě tato izolace se zároveň ukázala jako problém: znesnadňovala vzájemnou komunikaci qubitů, nezbytnou k provádění kvantových výpočtů. K jeho vyřešení vědci zavedli elektron do svého systému dvou jader fosforu prostřednictvím iontové implantace do křemíku, což je jeden ze základních procesů výroby mikročipů a takto se jim podařilo vytvořit funkční tříqubitový systém.
„Aby bylo možné začít kvantové počítače používat v reálné praxi, musí být k použití protokolů kvantové opravy chyb dosaženo chybovosti v rozmezí pouhého 1 procenta. Jsou-li chyby tak vzácné, je možné je odhalit i opravit, pokud se vyskytnou. Když jsme nyní tohoto cíle dosáhli, můžeme začít navrhovat křemíkové kvantové procesory, které budou spolehlivější a funkční pro užitečné výpočty. A také prokázat, že lze postavit kvantové počítače s dostatečnými parametry i výkonem, aby zvládly smysluplné výpočty," konstatuje Andrea Morello.
Foto: Shutterstock, IBM
98
.gif)
