Rozwiązywanie problemów z komputerem kwantowym i jak symulować system kubitów

Mówi się, że zaledwie 70 kubitów, zwykle pojedynczych atomów w stanie wzbudzonym, wystarczy, aby przewyższyć obecne komputery o wysokiej wydajności. Na przykład komputer kwantowy Sycamore firmy Google ma podobno fantastyczne właściwości przy tak małej liczbie kubitów.

Nic więc dziwnego, że symulacja procesów zachodzących w jego wnętrzu wydaje się niemal niemożliwa przy tak dużej mocy obliczeniowej. Istnieje jednak pilna potrzeba lepszego zrozumienia, jak to działa. Między innymi poziom błędów jest obecnie niezwykle wysoki. W jednym z wcześniejszych eksperymentów Google wynosił on 99,7 procent.

Jest więc wiele miejsca na poprawę, z tym że możliwości poprawy są ograniczone ze względu na brak symulacji. Jednak zespół badawczy z California Institute of Technology był teraz w stanie modelować system, który działa z 60 kubitami. Według autorów badania, które właśnie zostało opublikowane w Nature, wcześniej limit wynosił około 38 kubitów.

Fakt, że jest to tak trudne do zrealizowania i że komputer kwantowy jest tak obiecującym instrumentem, wynika z kwantowego splątania systemu.

Kwubit nie działa sam w sobie, tzn. nie ma po prostu stanu 0 lub 1, jak bit. W przypadku splątania kwantowego dwa kubity działają niejako razem i ponownie przypisywany jest im stan 0 lub 1. Możliwy jest również stan mieszany.

Fascynacja jest uzasadniona

Oprócz 60 pojedynczych kubitów istnieje 1800 różnych par, które również mogą przechowywać informacje. Jeśli przejdą Państwo do następnego poziomu z trzema połączonymi kubitami, istnieje kolejne 34 000 możliwości.

Komputer kwantowy może zatem rozszerzyć swój istniejący system 60 obwodów niemal do woli. Lub jak wyraża to obraz Mona Lisy: Klasyczny komputer może malować jednym pędzlem w jednej grubości. Komputer kwantowy, z drugiej strony, może wybierać dowolnie, ale staje się nieprecyzyjny, trochę drży - ładna metafora.

Drżenie jest największym problemem, ponieważ im silniejsze splątanie kwantowe, tym bardziej podatny na błędy staje się cały system. Jeśli na przykład jeden kubit może zostać rozpoznany z 90-procentową dokładnością, to w przypadku pięciu splątanych kubitów wskaźnik ten wynosi zaledwie 40 procent i szybko zbliża się do zera dla mocy, które faktycznie charakteryzują komputer kwantowy.

Fakt, że w ogóle udało się zasymulować tę rzekomo możliwą do opanowania liczbę kombinacji kubitów, zawdzięczamy pewnej sztuczce. Możliwości splątania zostały ograniczone w symulacji. Daje to przynajmniej wyobrażenie o możliwościach i pozwala zobaczyć częściowe aspekty systemu.

Celem jest uzyskanie "tylko" 91 procent błędnych wyników. Aby to osiągnąć, kubit musiałby zostać poprawnie odczytany z 96-procentowym prawdopodobieństwem. Brzmi to wykonalnie, gdyby nie chodziło o wzbudzone atomy w komputerze kwantowym.

W filmie wielu badaczy z Caltech próbuje wyjaśnić splątanie kwantowe. Również bardzo interesujące!