Norint manipuliuoti kubitu arba užkoduoti jame informaciją, kvantiniame kompiuteryje kvantinio bito būsenai pakeisti gali būti naudojama operacija, vadinama kubito vartais (arba kvantinės logikos vartais) – panašiai kaip vienas ar daugiau tranzistorių keičia klasikinio bito būseną. Paprastai šie vartai sugenda bent kartą iš 1000 būsenos pakeitimų, o kartais ir dažniau. Kadangi skaičiavimams paprastai reikia milijonų operacijų ir šimtų kubitų vartų, šios klaidos greitai kaupiasi ir skaičiavimai tampa nepatikimi.
Dabar Molly Smith, Aaronas Leu ir Mario Gely – visi dirbantys Oksfordo universitete – kartu su kolegomis sukūrė vieno kubito vartus, kurie tokias klaidas padaro tik kartą per maždaug 10 milijonų atvejų.
„Tikimybė, kad per metus į mus trenks žaibas, yra maždaug tris kartus didesnė nei tikimybė, kad šis kubitas padarys klaidą, – sako A. Leu.
Jis su kolegomis savo kubitą pagamino iš teigiamai įkrauto kalcio jono. Jie panaudojo elektromagnetines jėgas, kad išlaikytų jį fiksuotą virš lusto, kuriame buvo įrengti mažyčiai komponentai, galintys skleisti gerai valdomas mikrobangas. Šios mikrobangos buvo labai svarbios: šaudydami jomis į kubitą, mokslininkai galėjo sukurti vartus, kurie itin patikimai keitė kubito kvantinę būseną.
Pasak JAV Nacionalinio standartų ir technologijų instituto darbuotojo Danielio Slichterio, šis darbas yra „naujas pasaulio rekordas“, nes mokslininkai sugebėjo suvaldyti vieno kubito būseną. „Tokia techninė pažanga yra įspūdinga – norint pasiekti tokį aukštą tikslumą, turi gerai suveikti daugybė dalykų“, – sako Jonathanas Home’as iš Ciuricho ETH (Šveicarija).
D. Slichteris sako, kad vienas iš veiksnių, lėmusių šį pasiekimą, yra tiksliai sukalibruotų mikrobangų gamybos metodų sukūrimas. Ši technologija labai pažengė į priekį, nes ji labai svarbi įprastoms ryšių sistemoms.
Nors M. Gely'io komanda pasinaudojo kokybiškais prietaisais, kuriuos galima įsigyti rinkoje, tyrėjams teko kruopščiai juos kalibruoti. Jie taip pat turėjo suregistruoti visus galimus klaidų šaltinius, kurie pasireikšdavo sąveikaujant kubitui ir mikrobangoms, sako M. Gely.
Tačiau norint įgyvendinti bet kokią kvantinių skaičiavimų programą, mokslininkams reikės ne tik daugiau kubitų, bet ir kitokio mikrobangų valdiklių rinkinio, kuris leistų nustatyti, kaip šie kubitai sąveikauja tarpusavyje. Kuo didesnė ir sudėtingesnė ši sistema, tuo daugiau erdvės klaidoms.
Tyrėjai mano, kad per kelerius metus jie galės padidinti sistemą iki dviejų kubitų vartų, išlaikydami panašų mažą klaidų lygį. Tuo tarpu M. Smith sako, kad jų darbas apibūdinant ir šalinant klaidas gali padėti visiems, dirbantiems su jonų kubitais.
Kelios bendrovės jau gamina ir komercializuoja tokius kubitus, o anksčiau jie buvo naudojami menkai suprantamai kvantinei medžiagai modeliuoti. Naujasis darbas „įrodo, kad įstrigusių jonų kubitai yra pagrindinė kvantinių skaičiavimų platforma šiandien ir tokia išliks ateityje“, – sako Chrisas Langeris iš kvantinių skaičiavimų įmonės „Quantinuum“, kuri gamina kubitus iš lazeriu valdomų jonų.
„Mano asmeniniu įsitikinimu, tai yra itin įtikinamas būdas galvoti apie kvantinio kompiuterio mastelio didinimą“, – sako D. Slichteris.
Tyrimas publikuotas žurnale „Physical Review Letters“.
Parengta pagal „New Scientist“.