Sciencemag.cz
Doporučujeme
Systémy qubitů jsou extrémně náchylné k účinkům šumu, ať už je důsledkem vnějšího vlivu nebo náhodných chyb v materiálu, z něhož jsou qubity fyzicky realizovány. Vnějším vlivem přitom může být nejen přímo fyzická interakce s jinou částicí, ale i náhodná fluktuace teploty nebo elektromagnetického pole apod.
Důsledkem šumu je rozpad kvantového propojení (entanglementu) a dekoherence – po kolapsu vlnové funkce se zapletený systém mění na klasický. K tomu sice stejně musí dojít (jinak bychom ani z kvantového počítače nemohli ani odečíst výsledky, ty už mají opět klasickou povahu), nicméně pro praktické využití kvantových počítačů je potřeba, aby algoritmus běžel dostatečně dlouho.
Až dosud kvantové systémy většinou dokázaly přežívat a počítat pouze řádově miliontiny sekundy. Vědci z University of Chicago a Argonne National Laboratory nyní uvádějí, že svou novou technikou dokáží životnost kvantového stavu prodloužit až o 4 řády. Autoři studie svou techniku zatím ověřovali pouze na jedné konkrétní třídě kvantových počítačů, qubitech v pevné fázi v podobě karbidu křemíku, nicméně se domnívají, že by mohla fungovat mnohem obecněji, pro supravodivé kvantové bity nebo molekulární kvantové systémy (poznámka: qubity realizované jako fotony zmiňovány v této souvislosti nejsou).
Samotnou podstatu metody vysvětlují její autoři následovně: nesnaží se vylepšovat izolaci systému od okolí ani dále odstraňovat vady na úrovni materiálu, ale spíše dodávat další signál, který šum překryje/odruší (poznámka PH: jako obvykle pro laika trochu obtížně představitelné). Prakticky to má vypadat takto: samotný kvantový systém (respektive kvantový algoritmus) se řídil elektromagnetickými pulzy. Ty tentokrát autoři výzkumu doplnili střídavým magnetickým polem, které mělo vylaďovat spiny elektronů (šlo tedy o qubity realizované jako spin) a rychle jimi otáčet. Tento signál měl být dost silný na to, aby překryl vliv náhodného šumu – vibrací, nezamýšlených fluktuací elektromagnetického pole i teploty. (Asi jako kdyby potácejícího se člověka točil kolotoč, a tím se potácení překrylo, uvádí tisková zpráva; ale úplně vhodný příklad to asi není, jak jinak.) Autoři výzkumu nicméně tvrdí, že jakkoliv teorie kolem toho je celkem složitá, praktická realizace naopak překvapivě jednoduchá, střídavé magnetické pole prostě vzniká střídavým elektrickým proudem…
Postup by podle jeho autorů měl být škálovatelný. Navíc tyto technologie mohou být použitelné nejen ve vlastních kvantových počítačích, ale i v kvantové komunikaci/kvantovém Internetu apod. – všude, kde je žádoucí oddálit dekoherenci.
K. C. Miao et al, „Universal coherence protection in a solid-state qubit,“ Science, Aug. 13, 2020. DOI: 10.1126/science.abc5186
Journal information: Science
Zdroj: University of Chicago/Phys.org
