Τα σφάλματα αποτελούν μία από τις μεγαλύτερες προκλήσεις για την ανάπτυξη πρακτικών κβαντικών υπολογιστών. Τα qubits, οι βασικές μονάδες κβαντικής πληροφορίας, επηρεάζονται εύκολα από περιβαλλοντικούς παράγοντες όπως η θερμότητα, τα ανεπιθύμητα σήματα και οι μικροσκοπικές δονήσεις.
Μια νέα τεχνολογία που αναπτύχθηκε από ερευνητές της D-Wave Quantum προσφέρει έναν πιο αποτελεσματικό τρόπο αντιμετώπισης αυτού του προβλήματος. Η ομάδα δημιούργησε μια πύλη εμπλοκής δύο qubits, η οποία μπορεί να αναγνωρίζει αυτόματα τα περισσότερα σφάλματα κατά τη διάρκεια των υπολογισμών, μετατρέποντάς τα σε ανιχνεύσιμες απώλειες φωτονίων.
Μια πύλη που διατηρεί την ανίχνευση σφαλμάτων
Η νέα πύλη controlled-Z (CZ) επιτρέπει την εμπλοκή δύο qubits μέσα σε μόλις 500 νανοδευτερόλεπτα. Το σύστημα βασίζεται σε υπεραγώγιμες κοιλότητες μικροκυμάτων, όπου κάθε qubit διαμοιράζεται σε δύο μικρές δομές.
Κατά τη λειτουργία της πύλης, ένα φωτόνιο μετακινείται προσωρινά σε μια κεντρική σύνδεση ώστε να επιτευχθεί η αλληλεπίδραση μεταξύ των qubits. Στη συνέχεια επιστρέφει στην αρχική του θέση, διατηρώντας τη δυνατότητα ανίχνευσης πιθανών λαθών.
Στις προηγούμενες προσπάθειες δημιουργίας τέτοιων συστημάτων, η σύνδεση μεταξύ qubits συχνά κατέστρεφε τον μηχανισμό ανίχνευσης σφαλμάτων, με αποτέλεσμα τα προβλήματα να παραμένουν κρυφά κατά τη διάρκεια των υπολογισμών.
Λιγότερα κρυφά σφάλματα στους κβαντικούς υπολογιστές
Οι δοκιμές έδειξαν ότι περίπου το 0,5% των λειτουργιών προκαλούσε ανιχνεύσιμες απώλειες φωτονίων, οι οποίες μπορούσαν να επισημανθούν αυτόματα από το σύστημα. Τα κρυφά σφάλματα παρέμειναν κάτω από περίπου 0,1% ανά πύλη, ενώ τα σφάλματα αλλαγής κατάστασης qubit ήταν εξαιρετικά σπάνια.
Οι ερευνητές σημειώνουν ότι η διατήρηση αυτής της «ιεραρχίας σφαλμάτων» αποτελεί σημαντικό βήμα για την κατασκευή μεγαλύτερων κβαντικών υπολογιστών. Η δυνατότητα άμεσου εντοπισμού προβλημάτων μπορεί να μειώσει σημαντικά τις απαιτήσεις σε επιπλέον qubits που απαιτούνται για διόρθωση λαθών.
Η νέα προσέγγιση ανοίγει τον δρόμο για πιο αξιόπιστα κβαντικά συστήματα, επιτρέποντας ταχύτερη ανάπτυξη υπολογιστών που θα μπορούν να αντιμετωπίζουν σύνθετες εφαρμογές με μεγαλύτερη ακρίβεια.