Rutgers un IBM Heron procesorā demonstrē reāllaika kvantu atgriezenisko saiti līdz 100 kubitiem

Rutgers Universitātes, IBM un citu iestāžu pētnieki Nature Physics žurnālā publicējuši eksperimentu, kurā kvantu dators darbības laikā atkārtoti pārbauda un atiestata daļu no saviem kubitiem, tādējādi ierobežojot haotisku uzvedību. Darbs veikts uz IBM 156 kubitu Quantum Heron procesora, izmantojot savienotu ķēdi ar līdz 100 kubitiem.

Eksperimentā sistēma mijās starp diviem uzdevumiem. Viens sajauklēja informāciju starp kaimiņu kubitiem, izplatot haosu; otrs veica lokālus mērījumus un atiestatīšanu, virzot sistēmu uz pētnieku izvēlētu kārtīgu stāvokli. Kopumā veikti gandrīz 5000 sapīšanas vārti un gandrīz 5000 mērījumu un atiestatīšanu — pēc autoru teiktā, līdz šim lielākā veiksmīgā šāda tipa demonstrācija.

Kad sajaukšana notika vairāk nekā pusi no laika, sistēma palika haotiska. Kad mērījumi un atiestatīšana bija biežāka, kontrole uzvarēja. Aptuveni 50–50 līdzsvarā neliela proporcijas maiņa pēkšņi mainīja visas sistēmas uzvedību — fiziķi to apraksta kā fāzu pāreju, līdzīgi kā ūdens pārvēršas ledū.

«Lai uzbūvētu kļūdu izturīgu kvantu datoru, šīs pārbaudes un labojumi jāveic nevis vienu vai divas reizes, bet milzīgu skaitu reižu aprēķina laikā,» skaidro Jedediah Pixley no Rutgers. IBM zinātniece Maika Takita uzsver, ka izaicinājums bija mērīt kubitu atkārtoti, kamēr pārējais procesors turpina darboties, un ka pašreizējā aparatūra spēj to koordinēt tūkstošiem reižu lielā sistēmā.

Kļūdu labošana ir būtiska, jo kvantu informācija ir ārkārtīgi jutīga pret siltumu, elektromagnētiskiem signāliem un aparatūras nepilnībām. Atšķirībā no klasiskajiem bitiem kvantu stāvokli nevar vienkārši nokopēt, un mērīšana to var iznīcināt. Pilnībā kļūdu izturīgs kvantu dators vēl nav uzbūvēts; šis eksperiments ir solis ceļā uz reāllaika atgriezenisko saiti, kas būs nepieciešama nākamajām mašīnām.

Rezultāti labi sakrita ar teorētiskajām prognozēm, kuras uz klasiskajiem datoriem bija iespējams simulēt tikai aptuveni diviem desmitiem kubitu. Pētījumā piedalījās arī City College of New York, CUNY, Aiovas štata universitāte, Ames National Laboratory, Pensilvānijas štata universitāte un Luiziānas štata universitāte.