Группа физиков предлагает использовать печатные схемы с темпоральными кристаллами для решения проблемы непрерывных ошибок в квантовых компьютерах. Это позволит стабилизировать кубиты, уменьшить деградацию их квантовых состояний и, соответственно, информации.
Квантовые компьютеры обещают переворот в обработке информации, но их внедрение встречает серьёзные препятствия. Большинство из них представляются преодолимыми, но одна, особенно уязвимость к ошибкам, заставляет исследователей поразмышлять.
Кубиты очень чувствительны и сложно поддаются стабилизации. Их квантовые состояния легко меняются при малейшем шуме во время взаимодействия друг с другом в процессе вычислений. Это вызывает декогеренцию, делающую результаты непонятными и приводящую к потере информации до завершения задач. Такая декогеренция порождает ошибки в квантовых вычислительных системах. Оценки показывают, что лучшие квантовые компьютеры совершают в среднем одну ошибку на тысячу операций, что сравнимо с классическими компьютерами.
В новом исследовании ученые из Ягеллонского университета и Технологического университета Суинберна нашли способ взаимодействия кубитов без нарушения их квантовых состояний. Подробное описание концепции размещено на платформе для публичного доступа. Работа построена на применении схем, использующих кристаллизацию временных значений.
Взаимодействия кубитов без модификации квантовых состояний.
Темпоральные кристаллы — это периодические структуры, существующие как во времени, так и в пространстве. В отличие от обычных кристаллов, которые образуют повторяющиеся массивы атомов, эти структуры спонтанно создают повторяющиеся паттерны движения. Можно представить их как сети, повторяющиеся во времени. Создание таких кристаллов возможно с помощью периодических систем привода.
С момента открытия изучаются вопросы о применении темпоральных кристаллических структур. Исследования показывают возможность их использования для наблюдения экзотических форм поведения материи, например, локализации Андерсона (отсутствие рассеяния волн в неупорядоченной среде).
Недавно выдвинуто предположение о том, что их особенная конфигурация делает их идеальными кандидатами для стабилизации кубитов. Предыдущее исследование показало, что темпоральный кристалл можно использовать в качестве регулятора для поддержания кубитов в состоянии контролируемых временных флуктуаций. Исследователи в новом исследовании предполагают, что кристаллическая структура может служить печатной схемой, внутри которой кубиты могут циркулировать без потери информации.
Временную печатную схему составят из ультрахолодных атомов, перемещающихся по повторяющимся схемам с помощью резонансного привода. Резонанс — явление влияния на физические системы определенных частот. Туннели из атомов между соединениями позволят кубитам взаимодействовать без изменения квантовых состояний. Кубиты будут рассредоточены и всегда находиться в движении.
С другой стороны, схема даст возможность удалённым кубитам взаимодействовать друг с другом способом, недоступным на современных квантовых компьютерах, что позволит проводить более сложные вычисления. Благодаря контролю всех соединений между участками, возможно создание широкого спектра квантовых устройств: от одномерных, двумерных, трехмерных и многомерных структур до необычных объектов с произвольными соединениями. «, — объясняют они.
Создание квантового компьютера с такой временной печатной схемой займет еще несколько лет исследований и экспериментов, считают ученые. Доступность некоторых типов темпоральных кристаллов для эксперимента может ускорить развитие. Эксперты предполагают, что ультрахолодные кристаллы на основе калия станут хорошим вариантом для начала экспериментов.