Cestu ku kvantovej nadvláde komplikuje rozprávková výzva – ako si zobrať oblak so sebou bez toho, aby sa zmenil jeho tvar?
Možné riešenie sa zdá byť rovnako imaginárne ako problém. Môžete nasmerovať oblak, aby tancoval podľa melódie jedinečnej látky známej ako časový kryštál, keď cestuje.
Krzysztof Gerziel a Krzysztof Sacha z Jagellonskej univerzity v Poľsku a Peter Hannaford z Swinburne University of Technology v Austrálii navrhli nový typ „časového“ okruhu, ktorý dokáže zachovať nejednoznačné stavy qubitov prostredníctvom búrok kvantovej logiky.
Na rozdiel od opisu jasne definovaného umiestnenia a pohybu objektov kvantová perspektíva tej istej častice opisuje vlastnosti, ako je jej poloha, hybnosť a rotácia, ako rozmazanie možností.
Tento „oblak“ možností možno najlepšie pochopiť izolovane. Akonáhle častica interaguje so svojím prostredím, šírenie jej pravdepodobností sa mení ako pravdepodobnosť víťazstva bežca v pretekoch na 100 metrov na olympijských hrách, až nakoniec bude pozorovaný iba jeden výsledok.
Rovnako ako konvenčný počítač môže použiť binárne stavy častíc ako spínače „zapnuté/vypnuté“ v logických bránach, kvantový počítač môže teoreticky využiť šírenie neistôt v častici a dokáže rýchlo vyriešiť svoje vlastné algoritmy, z ktorých mnohé by boli nepraktické alebo nemožné vyriešiť starým spôsobom.
Výzva spočíva v zachovaní koherencie tohto kvantového mraku pravdepodobností – nazývaných qubits – tak dlho, ako je to možné. S každým stlačením, každým elektromagnetickým vetrom sa zvyšuje riziko chýb, ktoré ničia proces výpočtu čísla.
Praktické kvantové počítače vyžadujú stovky, ak nie tisíce qubitov, aby zostali nedotknuté po dlhú dobu, čo robí zo systémov v plnom rozsahu veľkú výzvu.
Výskumníci skúmali rôzne spôsoby, ako urobiť kvantové výpočty robustnejšími, buď uzamknutím jednotlivých qubitov, aby sa zabránilo ich dekoherencii, alebo vybudovaním bezpečnostných sietí okolo nich.
Teraz fyzici Gergiell, Sascha a Hannaford opísali nový prístup, ktorý mení kvantové počítače na qubitové symfónie vedené taktovkou veľmi zvláštneho druhu dirigenta.
Časové kryštály sú látky, ktoré v priebehu času opakovane menia vzory. Pred viac ako desiatimi rokmi boli vyvinuté verzie týchto „tikajúcich“ systémov s použitím slabých pulzov lasera a ultrachladných zhlukov atómov, kde záblesky svetla spôsobujú periodické oscilácie častíc, ktoré laser spochybňuje časy.
v papieri Trojica fyzikov, ktorá je k dispozícii na serveri arXiv pred partnerskými recenziami, navrhla použiť jedinečnú periodicitu časových kryštálov ako základ pre nový typ obvodov „time-tronics“. Táto periodicita, ktorá sa používa na nasmerovanie jemných vĺn obrovského množstva informačne bohatých qubitov, môže pomôcť znížiť náhodné kolízie zodpovedné za mnohé chyby.
Takýto dočasný okruh kontinuálne sa pohybujúcich qubitov by počítaču uľahčil naviesť akúkoľvek časticu na dráhu inej, čo by umožnilo ich kvantové pravdepodobnosti prepojiť skôr užitočnými ako chybami vyvolávajúcimi spôsobmi.
Aj keď je návrh stále úplne teoretický, tím ukázal, ako zhluky iónov draslíka ochladené na takmer absolútne teploty a riadené laserovým impulzom môžu poskytnúť „orchester“ pre qubity.
Premena tejto myšlienky na praktický kvantový počítač v plnom rozsahu, ak bude fungovať, bude vyžadovať roky inovácií a experimentov.
Teraz, keď vieme, že aspoň niektoré typy časových kryštálov existujú a môžu byť použité na praktické účely, výzva vziať oblak nemusí byť nejakým rozprávkovým hľadaním.
Táto štúdia je dostupná na serveri Pre-Peer Review Server arXiv,
