A hibák és a kvantumszámítástechnika kihívásai
A kvantumszámítógépek alapegységei, a qubitek óriási számítási teljesítményt kínálnak, de egyúttal hihetetlenül érzékenyek is: a legapróbb környezeti zaj, rezgés, elektromágneses zavar vagy hőmérsékletingadozás is tönkreteheti az állapotukat, hibás számításokat okozva. Ezzel szemben a hagyományos számítógépekben az elvétett bitek könnyen javíthatók, míg a kvantumhibák rejtettek és nehezen kezelhetők – emiatt ezek a gépek nem hibamentesek, és egyelőre csak korlátozottan megbízhatók.
Hibajavítás – az aprólékos művészet
A tudósok egyik legfontosabb célja, hogy a hibajavításra képes kvantumszámításokat hagyományos gépekkel is szimulálni tudják – így az eredmények könnyebben ellenőrizhetők. De a kvantumszámítás világa rendkívül bonyolult. Van olyan eset, amikor a leggyorsabb szuperszámítógépnek is annyi időbe telne a szimuláció, mint amennyi az univerzum eddigi teljes létezése.
Ezért különösen jelentős, hogy a svéd Chalmers Műszaki Egyetem, valamint a milánói, granadai és tokiói egyetem kutatói elsőként mutattak be olyan módszert, amellyel pontosan lehet szimulálni speciális, hibajavításban kiemelkedő kvantumszámításokat – amelyeket eddig szinte lehetetlen volt.
Bosonikus kódok és valódi szimuláció
A kvantuminformáció hibajavításának egyik újszerű módja, hogy azt nem egyetlen qubitre, hanem egy kvantum-mozgó rendszer (például rezgő részecske) gyakorlatilag végtelen energiájú szintjeire kódolják – ezt hívják bosonikus kódnak. Ezek közül különösen ismert a Gottesman–Kitaev–Preskill-kód (Gottesman-Kitaev-Preskill, GKP code), amely már több vezető kvantumszámítógép-prototípusban is szerepet játszik.
A gond az, hogy a bosonikus kódokkal dolgozó számítások szimulációja eddig teljesen megoldhatatlannak tűnt, olyan bonyolultak és annyi lehetőséget rejtenek magukban. Hagyományos gépekkel mindezidáig hitelesen szimulálni sem lehetett őket. Most azonban a nemzetközi kutatócsoport egy teljesen új algoritmust fejlesztett ki, amely kifejezetten a GKP-kód szimulálására alkalmas.
Új matematikai eszköz, új távlatok
Az áttörés kulcsa egy vadonatúj, zseniális matematikai módszer volt: így már viszonylag könnyen, lényegesen hatékonyabban szimulálható minden, ami a GKP hibajavító kvantumkóddal kapcsolatos. Ezáltal megbízhatóbban lehet tesztelni és ellenőrizni egy kvantumszámítógép számításait.
Az új szimulációs eszközzel a jövőben olyan kvantumszámításokat is kipróbálhatnak és értékelhetnek, amelyek eddig egyszerűen túl bonyolultak voltak – ezek azonban elengedhetetlenek ahhoz, hogy valóban működőképes, stabil és skálázható kvantumszámítógépek szülessenek. Ezzel a tudomány egy óriási lépéssel közelebb került ahhoz, hogy a kvantumvilág végre a felhasználókhoz is eljusson.
