Quantum Computing
Νέα μέθοδος ελέγχου υπεραγώγιμων qubits από το MIT
Το MIT κάνει άλμα στη βελτίωση των qubits με νέες τεχνικές ελέγχου.
Η επανάσταση της κβαντικής υπολογιστικής
Η κβαντική υπολογιστική υπόσχεται να επιλύσει πολύπλοκα προβλήματα με εκθετικά ταχύτερους ρυθμούς από έναν κλασικό υπολογιστή, αξιοποιώντας τις αρχές της κβαντομηχανικής για την κωδικοποίηση και χειρισμό πληροφοριών σε κβαντικά bits ή αλλιώς qubits. Τα qubits αποτελούν τα θεμελιώδη δομικά στοιχεία ενός κβαντικού υπολογιστή, αλλά η υπερευαισθησία τους στον περιβαλλοντικό θόρυβο και οι ατέλειες στον έλεγχο τους αποτελούν σημαντική πρόκληση για την ανάπτυξη πιο σύνθετων και μακροχρόνιων κβαντικών αλγορίθμων.
Η πρόκληση της αποδιαμόρφωσης και οι νέες τεχνικές του MIT
Μία από τις μεγαλύτερες προκλήσεις στην κβαντική υπολογιστική είναι η αποδιαμόρφωση, μια διαδικασία κατά την οποία τα qubits χάνουν τις κβαντικές πληροφορίες τους. Για πλατφόρμες όπως τα υπεραγώγιμα qubits, η αποδιαμόρφωση αποτελεί εμπόδιο στην επίτευξη υψηλότερης αξιοπιστίας στις κβαντικές πύλες. Οι ερευνητές του MIT ανέπτυξαν δύο νέες τεχνικές ελέγχου χρησιμοποιώντας ένα υπεραγώγιμο qubit γνωστό ως fluxonium, επιτυγχάνοντας παγκόσμιο ρεκόρ αξιοπιστίας ενός qubit στο 99,998%.
Αντιμετωπίζοντας τα σφάλματα από αντίθετες περιστροφές
Η ομάδα του MIT επικεντρώθηκε στην ανάπτυξη τεχνικών που καθιστούν τις κβαντικές πύλες όσο το δυνατόν ταχύτερες, ώστε να μειωθεί η επίδραση της αποδιαμόρφωσης. Ωστόσο, καθώς οι πύλες γίνονται ταχύτερες, εμφανίζεται ένα άλλο είδος σφάλματος, που προκύπτει από δυναμικές αντίθετων περιστροφών. Αυτά τα σφάλματα είναι ιδιαίτερα σημαντικά για qubits χαμηλής συχνότητας όπως το fluxonium.
Η τεχνική των συγχρονισμένων παλμών
Μια από τις λύσεις που προτάθηκαν ήταν η χρήση κυκλικά πολωμένων μικροκυματικών κινήσεων, αλλά η ομάδα του MIT ανέπτυξε μια πιο απλή και αποτελεσματική προσέγγιση με τη χρήση “συγχρονισμένων παλμών”. Αυτή η τεχνική επιτρέπει στους παλμούς να εφαρμόζονται σε συγκεκριμένες χρονικές στιγμές που συνάδουν με την συχνότητα του qubit, καθιστώντας τα σφάλματα από αντίθετες περιστροφές διορθώσιμα.
Η υπόσχεση του fluxonium
Το fluxonium αποτελείται από έναν πυκνωτή και μία διασταύρωση Josephson και περιλαμβάνει έναν μεγάλο “υπεραγωγό” που προστατεύει το qubit από το περιβαλλοντικό θόρυβο. Παρά την υψηλότερη συνεκτικότητα που προσφέρει, έχει χαμηλότερη συχνότητα, η οποία συνήθως συνδέεται με μακρύτερες πύλες. Η ομάδα του MIT κατάφερε να επιδείξει πύλες που είναι από τις ταχύτερες και πιο αξιόπιστες σε όλα τα υπεραγώγιμα qubits.
Η συνεργασία φυσικής και μηχανικής
Αυτή η έρευνα αποτελεί παράδειγμα της συνεργασίας μεταξύ φυσικής και ηλεκτρολογικής μηχανικής για την επίτευξη καλύτερων αποτελεσμάτων. Η ομάδα αξιοποίησε θεμελιώδεις έννοιες για να βελτιώσει τις επιδόσεις του fluxonium και να επιτύχει υψηλή αξιοπιστία με τη χρήση τεχνικών μη αδιαβατικού ελέγχου και κυκλικά πολωμένων κινήσεων.
Οι μελλοντικές προοπτικές της κβαντικής υπολογιστικής
Η έρευνα αυτή ανοίγει νέους δρόμους για την ανάπτυξη ακόμα ταχύτερων και πιο αξιόπιστων κβαντικών πυλών. Με τις πρόσφατες εξελίξεις, όπως η ανακοίνωση του Google για το quantum chip Willow, το οποίο επέδειξε διόρθωση κβαντικών σφαλμάτων πέρα από το κατώφλι, η κατανόηση και η βελτίωση των qubits γίνεται πιο σημαντική από ποτέ.
Συνεργασίες και χρηματοδότηση
Η έρευνα αυτή χρηματοδοτήθηκε εν μέρει από το Γραφείο Έρευνας του Στρατού των Η.Π.Α., το Υπουργείο Ενέργειας των Η.Π.Α., και άλλους μεγάλους οργανισμούς. Συμμετείχαν επίσης ερευνητές από το MIT και το MIT Lincoln Laboratory, συμβάλλοντας στην επιτυχία του έργου.
