Το Ιερό Δισκοπότηρο της Κβαντικής Πληροφορικής ίσως βρέθηκε με τη… γάτα του Schrödinger

Οι επιστήμονες χρησιμοποίησαν το περίφημο πείραμα με τη γάτα του Schrödinger για να βρουν έναν τρόπο να εξαλείψουν τα σφάλματα από τους μελλοντικούς κβαντικούς υπολογιστές.

Η νέα μέθοδος κωδικοποιεί την κβαντική πληροφορία σε ένα άτομο αντιμονίου, το οποίο έχει οκτώ πιθανές καταστάσεις που επιτρέπουν την ασφαλέστερη αποθήκευση των δεδομένων από ό,τι σε ένα τυπικό qubit δύο καταστάσεων ή κβαντικό bit.

Η ανακάλυψη αυτή είναι ένα ζωτικής σημασίας βήμα προς την κατεύθυνση της μείωσης της πιθανότητας εμφάνισης σφαλμάτων στα κβαντικά συστήματα και, όταν αυτά συμβαίνουν, της ευκολότερης ανίχνευσης και διόρθωσής τους, ένα βασικό εμπόδιο για την ανάπτυξη κβαντικών υπολογιστών.

Το πείραμα που εμπνεύστηκε για πρώτη φορά ο φυσικός Erwin Schrödinger το 1925, περιγράφει υποβλητικά τους παράξενους κανόνες του κβαντικού κόσμου, φανταζόμενος μια γάτα τοποθετημένη μέσα σε ένα αδιαφανές κουτί με ένα φιαλίδιο με δηλητήριο, το οποίο έχει μηχανισμό ανοίγματος που ελέγχεται από τη ραδιενεργό διάσπαση, μια εντελώς τυχαία κβαντική διαδικασία.

Μέχρι να ανοίξει το κουτί και να παρατηρηθεί η γάτα, υποστήριξε ο Schrödinger, οι κανόνες της κβαντομηχανικής σημαίνουν ότι το αιλουροειδές θα υπάρχει σε μια υπέρθεση καταστάσεων, ταυτόχρονα νεκρό και ζωντανό.

Στην περίπτωση ενός qubit, η κβαντική πληροφορία που αφορά τις καταστάσεις 0 ή 1 ενός κλασικού υπολογιστή μπορεί να κωδικοποιηθεί στις καταστάσεις «spin up» και «spin down» ενός ατόμου (το spin είναι η εγγενής στροφορμή ενός θεμελιώδους σωματιδίου).

Αλλά αν ο θόρυβος μέσα σε έναν κβαντικό υπολογιστή προκαλέσει ξαφνική αλλαγή αυτού του σπιν (όπως συμβαίνει συχνά), η κβαντική κατάσταση θα χαθεί, παράγοντας ένα σφάλμα και καταστρέφοντας τις πληροφορίες που βρίσκονται μέσα.

Για να παρακάμψουν αυτό το πρόβλημα, οι ερευνητές πίσω από τη νέα μελέτη ενσωμάτωσαν ένα άτομο αντιμονίου, το οποίο έχει οκτώ διαφορετικές κατευθύνσεις σπιν, μέσα σε ένα κβαντικό τσιπ πυριτίου. Οι έξι πρόσθετες κατευθύνσεις σπιν του ατόμου του αντιμονίου (που προκύπτουν από τη σύνθετη φύση του ατόμου που προσθέτει πολλαπλά μεμονωμένα σπιν) σημαίνει ότι, σε αντίθεση με ένα σύστημα με δύο καταστάσεις σπιν, ένα μόνο σφάλμα δεν είναι αρκετό για να καταστρέψει την κωδικοποιημένη πληροφορία.

«Όπως λέει η παροιμία, μια γάτα έχει εννέα ζωές. Μια μικρή γρατζουνιά δεν είναι αρκετή για να τη σκοτώσει», ανέφερε σε ανακοίνωσή του ο συν-συγγραφέας Benjamin Wilhelm, διδακτορικός φοιτητής ηλεκτρολόγων μηχανικών και τηλεπικοινωνιών στο Πανεπιστήμιο της Νέας Νότιας Ουαλίας (UNSW) στην Αυστραλία. «Η θεωρητική μας “γάτα” έχει επτά ζωές: θα χρειάζονταν επτά διαδοχικά λάθη για να μετατραπεί το “0” σε “1”!»

Με αυτό το σύστημα στη θέση του, οι ερευνητές λένε ότι θα εργαστούν τώρα για να επιδείξουν μια μέθοδο ανίχνευσης και διόρθωσης σφαλμάτων στο τσιπ τους, ένα κατόρθωμα που θεωρείται το «Ιερό Δισκοπότηρο» στον τομέα της κβαντικής πληροφορικής.

«Αν συμβεί ένα σφάλμα, το εντοπίζουμε αμέσως και μπορούμε να το διορθώσουμε πριν συσσωρευτούν περαιτέρω σφάλματα. Για να συνεχίσουμε τη μεταφορά της γάτας του Schrödinger είναι σαν να βλέπουμε τη γάτα μας να επιστρέφει σπίτι με μια μεγάλη γρατζουνιά στο πρόσωπό της», δήλωσε ο συν-συγγραφέας Andrea Morello, καθηγητής ηλεκτρολόγων μηχανικών και κβαντικής φυσικής στο UNSW. «Δεν είναι νεκρή, αλλά ξέρουμε ότι έμπλεξε σε έναν καυγά, μπορούμε να πάμε να βρούμε ποιος προκάλεσε τον καυγά, πριν ξανασυμβεί και η γάτα μας τραυματιστεί περαιτέρω».

*Η εικόνα δημιουργήθηκε με τη βοήθεια του Grok AI του X για λογαριασμό του Techgear.gr

[via]