Kauaoodatud edusammudes on Google'i teadlased näidanud, et nad suudavad summutada vigu peentes kvantbittides, mis on kvantarvutamise lubaduse jaoks kriitilised. Ajakirjas Nature avaldatud aruande kohaselt võimaldasid need ühe "loogilise" teabekubiti levitada mitme üleliigse füüsilise kubiidi vahel.
"See tulemus veenab mind, et me saame tegelikult ehitada suure kvantarvuti, mis töötab," ütleb Google Quantum AI füüsik Kevin Satzinger. Austini Texase ülikooli teoreetiline arvutiteadlane Scott Aaronson ütleb, et töö "esindab väga selgelt selle valdkonna põnevat verstaposti". Kuid ta märgib, et ka muud tüüpi kubiteid kasutavad teadlased on lähenemas praktilisele vigade parandamisele.
Erinevalt tavapärastest bittidest, mille saab määrata ainult 0 või 1 peale, saab kubiti panna ka veidrasse 0 ja 1 olekusse. See omadus võib võimaldada täisväärtuslikul kvantarvutil lahendada teatud probleeme, mis ületaksid parima tavapärase superarvuti. Näiteks võib see arvesse võtta suuri numbreid ja murda krüpteerimisalgoritme, mis kuni viimase ajani kehtestasid standardid teabe kaitsmiseks Internetis. Tänapäeva kvantarvutid ei saa aga midagi sellist teha, sest nende kubitid ei suuda oma õrna kahesuunalist olekut piisavalt kaua säilitada.
Aastakümnetepikkuse innovatsiooni produkt mikrokiipide valmistamisel, Google'i kubiidid on väikesed ülijuhtivad vooluringid, mis voolivad. Madalama energiasisaldusega olek tähistab 0 ja kõrgem olek 1. Mikrolained võivad vooluringi viia ühte või teise olekusse või mõlemasse korraga. Kuid ülijuhtiva kubiidi kvantolek püsib vaid murdosa millisekundist, enne kui keskkonnamüra selle segab, põhjustades näiteks 0 ja 1 ümberpööramise.
Tavalised arvutid suudavad vigu parandada, tehes lihtsalt natuke koopiaid. Arvuti võtab "loogilise" biti tegeliku olekuna enamiku bittide lugemist. Bitipaare võrreldes võib see isegi järeldada, millised neist ümber pöörati. Kuid see võte ei tööta kubittide puhul. Kvantmehaanikas keelab "kloonimise keelamise" teoreem ühe kubiidi oleku kopeerimise teise. Ja isegi kui kloonimine oleks võimalik, muudab kubiidi ebakindla kahesuunalise oleku mõõtmine selle üldiselt kas 0-ks või 1-ks.
Kubiti oleku parandamiseks ilma seda kopeerimata või mõõtmata peavad teadlased esmalt levitama selle teistele kubitidele, kasutades peent kvantlüli, mida nimetatakse takerdumiseks. Näiteks ühe loogilise kubiidi loomiseks võib 0- ja 1-olekus kubiidi põimida kahe teisega, nii et kõik kolm on 0 ja samaaegselt kõik kolm on 1. Teadlased seovad ka "lisakubiidi" iga "andme" qubiti paari, et neid jälgida. Mõõtes ainult lisasid, saavad teadlased tuvastada, kas andmekubitid pöörduvad ilma neid puudutamata. Põhimõtteliselt saavad nad siis häiritud andmete kubiti tagasi pöörata.
Tegelikkuses nõuab kõige lihtsam veaparandusskeem andmekubittide ja vaheliste lisade ruutvõrku. Kui füüsilised kubitid on liiga ebaühtlased, siis vead lihtsalt vohavad. Kuid kui füüsilised kubitid ja nende vastasmõjud on piisavalt puhtad, muudab kubittide massiivi laiendamine kodeeritud "loogilise" kubiidi oleku tugevamaks. Ja mingil hetkel ületab see läve, mille juures see kestab kauem kui füüsiliste kubitite olek, selgitab Google'i füüsik Michael Newman. "Lävi on põhimõtteliselt maagiline joon liivas, kus vigade parandamine läheb haiget tegemisest abistamiseni," ütleb ta.
Google on nüüd selle joone ületanud, osaliselt uue, 107-kubitise kiibiga. Varem olid teadlased näidanud, et kui nende loogilise kubiti suurus suurenes, vähenes selle veamäär veidi. Nüüd on nad asju täiustanud, nii et kui loogiline kubit laieneb üheksalt 25-lt 49-le füüsilise andme kubitile, väheneb veamäär igal sammul kaks korda. Suurima loogilise kubiidi eluiga on 291 mikrosekundit, mis on 2,4 korda pikem kui ühegi füüsilise kubiidi eluiga. "See on tõepoolest väga veenev tõestus vigade vähendamise kohta, mis paraneb [võrgu] suurusega eksponentsiaalselt," ütleb Delfti tehnikaülikooli füüsik Barbara Terhal. "Google on esimene meeskond, kes selle saavutas."
See võib olla aruteluks avatud. 2023. aasta detsembris näitasid Harvardi ülikooli teadlased, kes kasutavad üksikuid aatomeid kubitidena, et nad suudavad vähendada loogilise kubiti veamäära, kodeerides selle suurematele aatomite võrkudele. 2022. aastal demonstreeris Yale'i ülikooli meeskond katses, kus kubitid olid õõnsas alumiiniumsilindris mikrolainete režiimid, üle läveparandamist. Google'i meeskond tegi aga midagi enneolematut, ütleb California Tehnoloogiainstituudi teoreetiline füüsik John Preskill: nad dekodeerisid abikubite korduvalt käigu pealt, mis on loogiliste kubittide arvutustes kasutamiseks hädavajalik.
Ahjaa gle saab nüüd proovida põhitoiminguid kahe või enama loogilise kubitiga, ütleb Charina Chou, Google Quantum AI tegevjuht. "Võite ette kujutada, et ühe suurema loogilise kubiidi asemel on mitu väiksemat loogilist kubitti ja katsetatakse neid, kes omavahel suhtlevad."
Kuid meeskonnal on veel pikk tee oma eesmärgini, milleks on 1 miljoni kubitine, täielikult veaparandatud masin, märgib Berkeley California ülikooli füüsik Irfan Siddiqi. Ja nad võivad teel tõsiseid tõrkeid tabada. Uues töös "füüsika on suurepärane," ütleb Siddiqi. "Aga ma ei ostaks veel aktsiaid."
Lisateave: https://www.science.org/content/article/google-passes-milestone-road-error-free-quantum-computer
