Η διόρθωση σφαλμάτων αποτελεί ένα από τα μεγαλύτερα εμπόδια για τη δημιουργία κβαντικών υπολογιστών μεγάλης κλίμακας. Μια ομάδα ερευνητών από το Πανεπιστήμιο της Νέας Νότιας Ουαλίας (UNSW) στο Σίδνεϊ βρήκε έναν νέο, πιο αποτελεσματικό τρόπο να ελέγχει για σφάλματα χωρίς να καταστρέφει τις εύθραυστες κβαντικές πληροφορίες. Για να το πετύχουν, βασίστηκαν σε μια παραλλαγή του διάσημου νοητικού πειράματος με τη γάτα του Σρέντινγκερ.
Το κβαντικό κρυφτό και το πρόβλημα της μέτρησης
Στη μελέτη της ομάδας, η οποία δημοσιεύθηκε στο περιοδικό «PRX Quantum», ο ρόλος της γάτας ανατίθεται στον πυρήνα ενός ατόμου αντιμονίου, ο οποίος βρίσκεται εμφυτευμένος σε ένα κβαντικό τσιπ πυριτίου. Ο πυρήνας αυτός διαθέτει οκτώ κβαντικές καταστάσεις που χρησιμοποιούνται για την κωδικοποίηση πληροφοριών, προσφέροντας επιπλέον χώρο για την ανίχνευση και τη διόρθωση λαθών.
Το κεντρικό πρόβλημα στη συγκεκριμένη διαδικασία είναι η αναγνώριση του σφάλματος χωρίς να διαταραχθεί η πληροφορία. Αν ένας επιστήμονας προσπαθήσει να ελέγξει το σύστημα επανειλημμένα με τον παραδοσιακό τρόπο, κινδυνεύει να αλλάξει την ίδια την κατάσταση που προσπαθεί να παρατηρήσει, αναγκάζοντας το σύστημα να «πηδήξει» σε μια άλλη κατάσταση.
Η στρατηγική της σιωπής
Η λύση που πρότειναν οι ερευνητές βασίζεται σε μια προσαρμοστική στρατηγική μέτρησης. Αντί να εξετάζουν συνεχώς ολόκληρο το σύστημα, οι επιστήμονες σταματούν αμέσως μόλις λάβουν την πρώτη ένδειξη για την κατάσταση του πυρήνα και στη συνέχεια ελέγχουν μόνο τις υπόλοιπες, άδειες καταστάσεις.
Η απουσία σήματος από τις άδειες καταστάσεις επιβεβαιώνει την αρχική τους πρόβλεψη, χωρίς να υπάρχει άμεση αλληλεπίδραση με το ίδιο το κβαντικό σύστημα. Με τον τρόπο αυτό, η ομάδα κατάφερε να μειώσει την πιθανότητα σφάλματος κατά περισσότερο από το μισό, ενώ παράλληλα περιόρισε τον συνολικό χρόνο μέτρησης στο ένα τρίτο.
Ένα σημαντικό βήμα για τη ρομποτική και την τεχνολογία
Η νέα αυτή προσέγγιση επέτρεψε στους ερευνητές να αυξήσουν την αξιοπιστία εντοπισμού της σωστής κβαντικής κατάστασης στο 99,61%. Το ποσοστό αυτό θεωρείται ιδιαίτερα σημαντικό, καθώς φέρνει το σύστημα μέσα στα όρια ακρίβειας που απαιτούνται για την επιτυχή εκτέλεση κβαντικής διόρθωσης σφαλμάτων.
Το σημαντικότερο όφελος της συγκεκριμένης ανακάλυψης είναι ότι μπορεί να εφαρμοστεί σε ένα ευρύ φάσμα άλλων κβαντικών υπολογιστικών συστημάτων, από ημιαγωγούς μέχρι ατομικές ή φωτονικές αρχιτεκτονικές, καθώς πολλές από αυτές χρησιμοποιούν παρόμοιο υλικό.
Η εξέλιξη αυτή ανοίγει τον δρόμο για τη δημιουργία κβαντικών υπολογιστών ικανών να ανταπεξέλθουν σε πολύπλοκες εφαρμογές, όπως η ανακάλυψη φαρμάκων, η προσομοίωση χημικών αντιδράσεων και η μηχανική μάθηση.
