მკვლევარებმა რეალურ აპარატურაზე ეგზოტიკური ანიონების გამოყენებით უნივერსალური კვანტური კარიბჭეები შექმნეს

მკვლევარებმა მიაღწიეს კვანტური კარიბჭეების უნივერსალურ კომპლექტს ეგზოტიკური კვაზინაწილაკების, ე.წ. არაბელური ანიონების დაწვნითა და შერწყმით რეალურ კვანტურ პროცესორზე, შედეგი გამოქვეყნდა Nature-ში 15 ივლისს. ექსპერიმენტი, რომელიც ჩატარდა Quantinuum-ის 54-ქუბიტიან H2 ხაფანგში მოთავსებული იონების პროცესორზე, გვთავაზობს ახალ გზას შეცდომებისადმი მდგრადი კვანტური კომპიუტერებისკენ, რომლებიც ბუნებრივად არიან დაცულნი შეცდომებისგან.bioengineer+1

ტოპოლოგიური გამოთვლებისთვის დაკლებული ინგრედიენტი

ტოპოლოგიური კვანტური გამოთვლები დიდი ხანია გვპირდება კვანტური ინფორმაციის დაცვას ადგილობრივი ხმაურისგან, რომელიც აწუხებს მიმდინარე მანქანებს, მონაცემების კოდირებით მატერიის ეგზოტიკური მდგომარეობების გლობალურ თვისებებში და არა მყიფე ცალკეულ ქუბიტებში. თუმცა, უმარტივესი არაბელური ფაზებისთვის, მხოლოდ ანიონების დაწვნა არ იყო საკმარისი უნივერსალური გამოთვლებისთვის — ზოგიერთი კარიბჭე მიუწვდომელი რჩებოდა.scienmag+1

ახალი კვლევა, რომელსაც ხელმძღვანელობდა ჩიუ ფან ბოუენ ლო ჰარვარდის უნივერსიტეტიდან, Quantinuum-ის, ჩიკაგოს უნივერსიტეტისა და სხვა ინსტიტუტების კოლაბორატორებთან ერთად, ავსებს ამ ხარვეზს ანიონების შერწყმის — ორი ანიონის გაერთიანებისა და შედეგის წაკითხვის — აქტიურ გამოთვლით ნაბიჯად განხილვით და არა პასიურ თვისებად. „ჩვენ ვაჩვენეთ უნივერსალური კარიბჭეების ნაკრები“, – თქვა რუბენ ვერესენმა ჩიკაგოს უნივერსიტეტიდან, განმარტა რა, რომ ინფორმაციის შენახვა კვარკის მსგავს აღმოცენებულ თავისუფლების ხარისხებში და მათი მანიპულირება „საშუალებას იძლევა არსებითად ნებისმიერი კვანტური გამოთვლის“.arxiv+1

ტოპოლოგიური კომპიუტერის აგება რეალურ აპარატურაზე

გუნდმა მოამზადა ტოპოლოგიურად მოწესრიგებული ტალღური ფუნქცია S3-ის კვანტური დუბლის საფუძველზე, რომელიც არის უმცირესი არაბელური ჯგუფი, 54 ქუბიტზე H2 პროცესორზე. მათ დააკოდირეს ლოგიკური ქუტრები — სამდონიანი კვანტური ერთეულები — არაბელური ნაკადის ანიონების არალოკალურ შერწყმის სივრცეში. ამ ანიონების დაწვნამ წარმოქმნა ჩახლართული ოპერაციები, ხოლო შერწყმამ მოგვცა მკაფიო საზომი ოპერაციები; ერთად, ამ პრიმიტივებს პრინციპში შეუძლიათ ნებისმიერი კვანტური ტრანსფორმაციის სინთეზირება.quantumzeitgeist+3

მიდგომის დასადასტურებლად, მკვლევარებმა ტოპოლოგიურად მოამზადეს მაგიური მდგომარეობა, რესურსი, რომელიც აუცილებელია შეცდომებისადმი მდგრადი კვანტური გამოთვლითი სქემებისთვის. მათ ასევე აჩვენეს ერთი არაბელური ანიონის დაჭერა ტორუსზე, რაც ადასტურებს ციკლური შერწყმის წესებს, რომლებიც საფუძვლად უდევს უნივერსალურობას.inspirehep+2

თეორიიდან მასშტაბირებამდე

შედეგი ეფუძნება Quantinuum-ის ადრინდელ ეტაპებს, მათ შორის 2023 წელს H2-ზე არაბელური ანიონების პირველ შექმნასა და მანიპულირებას, ნაშრომი მოგვიანებით გამოქვეყნდა Nature-ში 2024 წელს. ახალი ნაშრომი უფრო შორს მიდის და აჩვენებს, რომ მინიმალურად არაბელური ტოპოლოგიური წესრიგები შეიძლება იყოს როგორც ეფექტურად მომზადებადი, ისე გამოთვლით უნივერსალური — კომბინაცია, რომელიც აქამდე არ იყო დემონსტრირებული აპარატურაზე.pubmed.ncbi.nlm.nih+3

შეზღუდვები რჩება: ქუბიტების რაოდენობა და კოჰერენტულობის დრო კვლავ ზღუდავს მიღწევადი ტოპოლოგიური მდგომარეობების მასშტაბს. მომავალი მუშაობა ფოკუსირებული იქნება სისტემის ზომების მასშტაბირებაზე ლოგიკური შეცდომების მექანიზმებისა და დეკოდირების სტრატეგიების შესასწავლად. მიუხედავად ამისა, დემონსტრაცია ხელახლა განსაზღვრავს იმას, თუ რა არის საჭირო უნივერსალური ტოპოლოგიური კვანტური გამოთვლებისთვის — არა მხოლოდ უფრო მდიდარი ანიონური სტატისტიკა, არამედ კონტროლირებადი შერწყმა რეალურ მოწყობილობებზე.quantumzeitgeist