Komputery kwantowe, wykonane z kubitów opartych na ekstremalnie zimnych atomach, stale zwiększają swoją wielkość w imponującym tempie, co wkrótce może sprawić, że staną się potężne obliczeniowo – ale błędy pojawiają się w takim tempie, że ograniczają ich przydatność. Teraz badacze opracowali sposób na uzupełnianie i ponowne wykorzystanie tych kubitów, aby uczynić ich obliczenia bardziej praktycznymi i niezawodnymi.
W jednym takim schemacie bloki budulcowe kwantowego komputera, nazywane kubitami, są podzielone na dwie kluczowe grupy: kubity, które zajmują się manipulacją danych i są używane do wykonywania obliczeń, oraz inne nazywane „ancilla qubits”, które śledzą błędy.
Tworzenie wielu wysokiej jakości kubitów do jednego z tych celów stanowi duże wyzwanie techniczne, dlatego Matt Norcia z firmy Atom Computing w USA i jego koledzy opracowali sposób na ponowne wykorzystanie lub zamianę kubitów ancilla, co pozwala na ograniczenie liczby potrzebnych. Pokazali, że ich kubity śledzące błędy mogą być ponownie wykorzystane 41 razy z rzędu.
Norcia i jego koledzy używali kubitów wykonanych z elektrycznie neutralnych atomów itterbium schładzanych do temperatur bardzo bliskich zera absolutnego za pomocą laserów i impulsów elektromagnetycznych. Mogli kontrolować stan kwantowy i cechy kwantowe, które kodują informacje, dla każdego atomu za pomocą laserów skonfigurowanych w „pęsety optyczne”. Zespół wykorzystał tę technikę do zorganizowania swojego komputera kwantowego na trzy różne strefy.
W pierwszej strefie 128 pęset optycznych kierowało kubitami, aby wykonywały obliczenia, podczas gdy w drugiej strefie 80 pęset trzymało kubity, które mogły być używane do pomiarów błędów i zamieniania w miejsce błędnego kubitu. Trzecia strefa pełniła funkcję przechowywania, powierzając miejsce dla 75 kubitów, które właśnie zostały wprowadzone w użyteczny stan. Dzięki tym dwóm ostatnim strefom badacze mogli zresetować i ponownie wykorzystać kubity ancilla lub wymienić je na nowe.
„Ancilla reuse jest fundamentalnie ważne dla postępu w kwantowych obliczeniach” – twierdzi Yuval Boger z amerykańskiej firmy komputerowej QuEra. Bez tej możliwości, nawet bardzo skromne obliczenia wymagałyby milionów lub miliardów kubitów, co po prostu jest niepraktyczne w przypadku jakichkolwiek istniejących lub niedługo budowanych sprzętów komputerów kwantowych – dodaje.
