A fotonikus kvantumszámítógépek működése és problémái
A legtöbb mai kvantumszámítógép elektronikus áramkörök segítségével, hűtött szupervezetőkkel működik. Ezzel szemben a fotonikus rendszerekben a fény részecskéit bonyolult tükör- és sugárosztóhálózatokon kísérik végig, a fotonokat pedig összetett kvantumállapotokba forgatják, amelyek lehetővé teszik a számításokat. Ennek az iránynak egyik legfőbb előnye, hogy szobahőmérsékleten működhet – így nem szükséges drága, bonyolult hűtés. Lényeges azonban, hogy a fotonok kiszámíthatatlansága miatt ezeknél a gépeknél a hibák száma sokkal magasabb, mint az elektronikus változatoknál.
Hibák megelőzése: az úgynevezett fotondesztilláció
A legújabb eredményeket a holland QuiX Quantum kutatócég érte el. Egy új eljárással, a fotondesztillációval sikerült még azelőtt kiszűrniük a hibás fotonokat, mielőtt azok kvantumbitté (qubitté) alakultak volna. Ez abban tér el a megszokott hibakezelési módszerektől, hogy ott általában csak a már létrejött hibákat javítják ki utólag.
Az új technikával a tudósok képesek úgy rendezni a fotonok találkozását a chipen, hogy a „rossz”, szabályszegő fotonoknak sokkal kisebb esélyük legyen eljutni a kimenetre. Mivel a fotonikus kvantumszámítógépekben minden valószínűségeken múlik, minél több kvantumkaput, lépést adnak a rendszerhez, annál nagyobb a hibák esélye – egészen addig a pontig, ahol a méretnövelés gyakorlatilag ellehetetlenült.
Az új módszer előnyei: lecsökkent hibák, stabilabb rendszer
Ez a fotondesztillációs eljárás képes úgynevezett „küszöb alatti” hibaszintet elérni, ami azt jelenti, hogy a rendszer bővítésével nem nő a hibák mennyisége, sőt: csökken. A fotonokat külön kvantuminterferencia-áramkörökbe vezetik, ahol az elmélet egyik legérdekesebb jelensége, a valószínűségi amplitúdók összeadódása biztosítja, hogy végül csak jó minőségű foton haladjon tovább a számításban. Ezekkel a nagy tisztaságú fotonokkal már alacsonyabb hibaeséllyel dolgozhat a számítógép, és így a javító algoritmusok is hatékonyabbak.
Mérföldkő a kvantumfölény felé
Végül ez a módszer elsőként tette lehetővé, hogy fényalapú kvantumszámítógépek is elérjék azt a hibaszintet, ahol már valóban hasznos, stabil kvantumszámításokra lehet számítani. Bár például a hűtött, szupervezető rendszerekkel is történtek hasonló áttörések, ez az első alkalom, hogy fényalapú rendszerekben sikerült ilyen stabilizáló eljárást bemutatni. A technológia ráadásul skálázható, vagyis a nagyobb teljesítményű, kereskedelmi kvantumgépekhez vezető út is jóval rövidebb lehet, mint korábban gondoltuk. A mostani áttörés új korszakot nyithat a kvantumtechnológia fejlődésében, végre kézzelfogható közelségbe hozva a gyakorlatban is hibatűrő fotonikus kvantumszámítógépeket.
