Największy kwantowy przełom w tym roku. Nowy, egzotyczny stan materii
Chińscy fizycy pod wodzą Pana Jianweia stworzyli na procesorze Zuchongzhi-2 egzotyczny stan materii, w którym informacje kwantowe są zamknięte wyłącznie w narożnikach układu i pozostają nietknięte nawet przy silnych wstrząsach. Wyniki eksperymentu opublikowane właśnie w prestiżowym magazynie Science pokazują pierwszy w historii przypadek topologicznie chronionych stanów narożnikowych, czyli naturalnej tarczy przeciwko błędom, która może raz na zawsze rozwiązać problem niestabilności komputerów kwantowych i doprowadzić do globalnej rewolucji.
W czasopiśmie Science ukazał się niezwykle ciekawy artykuł na temat odkrycia, które może zmienić reguły gry w informatyce kwantowej. Zespół pod kierownictwem prof. Pana Jianweia, nazywanego "ojcem chińskiej mechaniki kwantowej" stworzył na programowalnym procesorze Zuchongzhi-2 symulację egzotycznego stanu materii, w której informacje kwantowe są uwięzione są wyłącznie w narożnikach układu.
Te stany narożnikowe są chronione przez matematyczną dyscyplinę zwaną topologią, co sprawia, że pozostają stabilne nawet przy silnych zakłóceniach zewnętrznych. Naukowcy porównali ten efekt do klocka Lego, który nie rozlatuje się, choć nim potrząsamy.
W ramach tych badań zastosowaliśmy zarówno równowagowe, jak i nierównowagowe fazy topologiczne wyższego rzędu, wykorzystując dwuwymiarowy programowalny nadprzewodzący procesor kwantowy
Serce eksperymentu stanowi Zuchongzhi-2, nadprzewodzący procesor kwantowy z 66 kubitami ułożonymi w dwuwymiarowej siatce i wyposażonymi w programowalne sprzęgacze. Dzięki temu, zespół mógł precyzyjnie symulować tzw. wyższe rzędy faz topologicznych w stanie nierównowagowym. W zwykłych materiałach topologicznych chronione stany pojawiają się na krawędziach lub powierzchni.
To po raz pierwszy w kontrolowany sposób uzyskano stany zlokalizowane wyłącznie w narożnikach, i to z wiernością odczytu powyżej 97%. Nawet celowe wprowadzanie szumu nie niszczyło tych delikatnych efektów kwantowych, co w praktyce oznacza naturalną odporność na dekoherencję, największego wroga dzisiejszych komputerów kwantowych.
Odkrycie jest przełomowe, bo oferuje gotowy przepis na budowę odpornych na błędy modułów obliczeniowych. Zamiast walczyć z każdym błędem za pomocą skomplikowanych kodów korekcyjnych, można "zamknąć" kubity w topologicznie chronionych narożnikach, gdzie prawa matematyki same bronią je przed zniszczeniem.
Autorzy podkreślają, że zaprezentowana metoda jest uniwersalna i da się ją przenieść na inne platformy kwantowe, od fotoniki po zimne atomy. To kolejny dowód, że Chiny nie tylko dogoniły, ale w wielu obszarach wyprzedziły cały świat w wyścigu o praktyczne komputery kwantowe.
"Kwantowy klocek Lego" Pana Jianweia pokazuje, że przyszłość obliczeń kwantowych może być prostsza i bardziej niezawodna niż sądziliśmy. Stabilne, odporne na wstrząsy moduły to krok ku maszynom, które będą rozwiązywać realne problemy, od projektowania nowych leków po łamanie dzisiejszych szyfrów, bez ciągłego martwienia się o utratę danych. W laboratorium w Hefei właśnie powstał kawałek tej przyszłości.
***
Bądź na bieżąco i zostań jednym z 88 tys. obserwujących nasz fanpage - polub GeekWeek na Facebooku i komentuj tam nasze artykuły!
