Obliczenia będą prostsze. Badacze ulepszyli komputery kwantowe

Badacze z Nowego Jorku odkryli nową fazę materii, która wydaje się występować w dwóch wymiarach czasowych jednocześnie. Swoje odkrycie opisali w prestiżowym czasopiśmie „Nature”.

Komputery kwantowe i kubity

Komputery kwantowe to wysoce wyspecjalizowane urządzenia, które są szybsze niż tradycyjne komputery wykonujące obliczenia na seriach bitów – zerach i jedynkach. Kubity – czyli kwantowe elementy obliczeniowe – mogą przybierać obie te wartości jednocześnie ułatwiając i przyspieszając wszystkie obliczenia. Brzmi dobrze, ale tylko w teorii. Problemem, który występował stosunkowo często przy wykonywaniu obliczeń na komputerach kwantowych było zjawisko dekoherencji – czyli utraty stanu kwantowego przez kubit, co niweczyło przeprowadzane obliczenia.

–Nawet jeśli ściśle kontrolujesz każdy z atomów, może on utracić swój stan kwantowy, nagrzewając się albo wchodząc w interakcję z otoczeniem w innym sposób niż planowałeś – wyjaśnił na portalu „Phys.org” Philipp Dumitrescu, główny autor pracy z Flatiron Institute’s Center for Computational Quantum Physics w Nowym Jorku.

Sposób na dekoherencję

Nowe odkrycie naukowców z Flatiron Institute’s Center for Computational Quantum Physics z Nowego Jorku pozwoliło obniżyć ryzyko wystąpienia tego niekorzystnego zjawiska. W jaki sposób? Badacze skierowali na kubity impulsy laserowe w sekwencji pulsacyjnej inspirowanej liczbami Fibonacciego. Dzięki temu udało im się utrzymać stan kwantowy kubitów – zastosowana technika doprowadziła do powstania szczególnej fazy materii o wyjątkowych właściwościach.

Dwie symetrie czasowe i nowa faza materii

Badacze z Flatiron Institute’s Center for Computational Quantum pracowali na komputerze kwantowym firmy Quantinuum. To wysoce wyspecjalizowane urządzenie posiada kubity wykorzystujące 10 jonów iterbu – pierwiastka używanego w zegarach atomowych. Każdy z nich jest utrzymywany w polu elektrycznym i można na niego oddziaływać z pomocą impulsów laserowych.

Aby zniwelować dekoherencję, wykorzystano zjawisko symetrii, czyli pewnej powtarzającej się właściwości obiektu. Polegało to na tym, że kubity zbombardowano impulsami laserowymi (co dawało symetrię w czasie), a następnie zastosowano kolejną serię uporządkowanych impulsów, które nie powtarzały się w czasie. Do tego celu badacze skorzystali z tzw. liczby Fibonacciego, czyli ciągu, który zaczyna się od 0 do 1, a każdy następny jego wyraz jest sumą dwóch poprzednich. Efekt był zdumiewający. Kwantowe elementy obliczeniowe uległy zjawisku dekoherencji dopiero po 5,5 sekundy – wszystko dzięki zastosowaniu drugiej symetrii czasowej. W ten sposób powstała nowa faza materii, która w przyszłości będzie mogła posłużyć jako długoterminowa pamięć kwantowa.

–Pracowałem nad tą teorią pięć lat. To było ekscytujące, kiedy wreszcie mogłem sprawdzić ją eksperymentalnie – powiedział Dumitrescu.

–Musimy znaleźć sposób, by wprowadzić ją do kwantowych obliczeń. Nad tym teraz pracujemy – dodał badacz.

Opracowanie: Kamila Gulbicka
Źródło: national-geographic.pl