Atomy obojętne stanowią podstawę nowego systemu
Podstawą całego rozwiązania jest rekonfigurowalna struktura zbudowana z aż 448 atomów obojętnych, co stanowi znaczący postęp w porównaniu z wcześniejszymi eksperymentami. Atomy pozbawione ładunku elektrycznego można niezwykle precyzyjnie kontrolować przy pomocy wiązek laserowych, co czyni je doskonałym medium do przechowywania informacji kwantowej. Sukces zawdzięczają połączeniu kilku nowatorskich metod. Naukowcy zastosowali detekcję utraty atomów, dekodowanie wspomagane algorytmami uczącymi się oraz implementację kodów powierzchniowych – matematycznych struktur chroniących dane kwantowe przed zniekształceniami. Podczas testów ich układ osiągnął wydajność 2,14 razy poniżej krytycznego progu błędów w czteroetapowym obwodzie próbnym.
Po raz pierwszy połączyliśmy wszystkie niezbędne elementy dla skalowalnych, korygujących błędy obliczeń kwantowych w zintegrowanej architekturze. Te eksperymenty – według wielu miar najbardziej zaawansowane, jakie kiedykolwiek przeprowadzono na jakiejkolwiek platformie kwantowej – tworzą naukowe podstawy dla praktycznych wielkoskalowych komputerów kwantowych – opisuje Mikhail Lukin z Harvard University
Rewolucyjna technika recyklingu kubitów
Jedną z najbardziej innowacyjnych cech systemu jest możliwość wielokrotnego wykorzystania tych samych kubitów podczas pracy obwodu. W tradycyjnych rozwiązaniach każdy kubit mógł być użyty tylko raz, co drastycznie ograniczało możliwości badawcze. Nowe podejście pozwala na swoisty recykling kubitów, co przyspieszyło cykle eksperymentalne stukrotnie. Dzięki tej metodzie badacze zrealizowali protokoły wykorzystujące dziesiątki kubitów logicznych i setki operacji teleportacji kwantowej, utrzymując jednocześnie stały poziom entropii wewnętrznej układu. To ważne osiągnięcie, ponieważ rosnące nieuporządkowanie stanowiło dotąd jedną z fundamentalnych przeszkód w konstruowaniu większych układów kwantowych. System wykorzystuje kody [[7,1,3]] oraz wysokowydajne kody [[16,6,4]], które definiują sposób zapisu informacji logicznej w fizycznych kubitach. Im wyższa jest ostatnia wartość w kodzie, tym lepszą ochronę przed błędami zapewnia dana struktura.
Czy to początek praktycznych zastosowań?
Osiągnięcie harvardzkiego zespołu to nie tylko teoretyczny postęp, lecz również namacalny dowód, że wielkoskalowe komputery kwantowe z efektywną korekcją błędów są realne do skonstruowania. Systemy oparte na atomach obojętnych zyskują wyraźną przewagę nad konkurencyjnymi rozwiązaniami, takimi jak nadprzewodzące kubity czy pułapki jonowe. Podstawowy paradoks komputerów kwantowych zawsze polegał na tym, iż choć potrzebujemy więcej kubitów do rozwiązywania złożonych problemów, to ich zwiększanie prowadziło do lawiny błędów. Same metody korekcji okazywały się zawodne, pogłębiając problem. Teraz po raz pierwszy mamy system działający poniżej progu. W praktyce oznacza to, że dodawanie kolejnych warstw korekcji rzeczywiście poprawia niezawodność, zamiast ją pogarszać.
Naukowcy podkreślają, iż ich wyniki stanowią solidny fundament pod przyszłe praktyczne zastosowania. To jeszcze nie gotowy produkt komercyjny, a naukowa podstawa do budowy kolejnych generacji maszyn. Układy atomów obojętnych mogą stać się platformą dla uniwersalnych komputerów kwantowych zdolnych rozwiązywać rzeczywiste problemy – od symulacji molekularnych po optymalizację logistyczną czy kryptografię.