Η λειτουργία των κβαντικών υπολογιστών – συστημάτων που επεξεργάζονται πληροφορίες αξιοποιώντας κβαντομηχανικά φαινόμενα – βασίζεται στην υλοποίηση κβαντικών λογικών πυλών. Πρόκειται ουσιαστικά για λειτουργίες που χειρίζονται τα qubits, μονάδες πληροφορίας που μπορούν να υπάρχουν σε υπερθέσεις καταστάσεων και να εμπλέκονται κβαντικά.
Μία σημαντική κατηγορία τέτοιων λογικών πυλών είναι οι πύλες δύο qubits, οι οποίες επιτρέπουν την εμπλοκή μεταξύ δύο κυβιτ. Ωστόσο, τα περισσότερα υπάρχοντα σχήματα για την υλοποίησή τους αναγκάζουν τα qubits να βγουν έξω από τις βέλτιστες συνθήκες λειτουργίας τους, περιορίζοντας την αποδοτικότητα και τον έλεγχο.
Νέα καθολική προσέγγιση από BAQIS και Tsinghua University
Ερευνητές από την Ακαδημία Κβαντικής Πληροφορικής του Πεκίνου (BAQIS) και το Πανεπιστήμιο Tsinghua παρουσίασαν πρόσφατα ένα νέο καθολικό σχήμα για την υλοποίηση πυλών δύο κυβιτ σε υπεραγώγιμους κβαντικούς επεξεργαστές. Το σχήμα αυτό, που δημοσιεύθηκε στο Nature Physics, αποδείχθηκε ότι επιτρέπει με αξιοπιστία την εμπλοκή qubit σε υπεραγώγιμα κβαντικά υπολογιστικά συστήματα.
Ο Jianxin Chen, συν-συγγραφέας της μελέτης, εξηγεί:
«Το αρχικό μας κίνητρο ήταν απλό. Στα εγχειρίδια καθορίζεται ότι όλες οι κβαντικές λειτουργίες αντιστοιχούν σε μοναδιαίους πίνακες· ωστόσο, ιστορικά, η πύλη CNOT θεωρούνταν το πρότυπο για τέτοιες υλοποιήσεις».
«Τα τελευταία χρόνια, όμως, έχουν προταθεί πολλές εναλλακτικές πύλες δύο κυβιτ, όπως η square root of iSWAP, οι fSim και άλλες κλασματικές πύλες».
Πίνακες SU(4) ως «οδηγίες» κβαντικών εντολών
Η ομάδα του Chen επιχείρησε να εντοπίσει ποιες μοναδιαίες πράξεις (unitary matrices) του SU(4) – δηλαδή όλων των δυνατών μετασχηματισμών δύο qubits – μπορούν να υλοποιηθούν με υψηλή πιστότητα, ώστε να λειτουργούν ως «κβαντικές εντολές».
More information: Zhen Chen et al, Efficient implementation of arbitrary two-qubit gates using unified control, Nature Physics (2025). DOI: 10.1038/s41567-025-02990-x.
Journal information: Nature Physics
