Μια σημαντική ανακάλυψη στον τομέα της κβαντικής υπολογιστικής προέρχεται από την Κίνα, όπου ερευνητές κατάφεραν να πραγματοποιήσουν ένα πλήρες σύνολο λογικών λειτουργιών ανίχνευσης σφαλμάτων σε ένα κβαντικό τσιπ πυριτίου. Αυτή η εξέλιξη αποτελεί ένα κομβικό βήμα προς τη δημιουργία αξιόπιστων κβαντικών υπολογιστών.
Σύμφωνα με μελέτη που δημοσιεύτηκε στο Nature Nanotechnology, η συσκευή μπορεί να επεξεργάζεται κβαντικές πληροφορίες με ενσωματωμένους ελέγχους σφαλμάτων. Ενώ αυτή η δυνατότητα είχε επιτευχθεί προηγουμένως σε πλατφόρμες όπως τα υπεραγώγιμα κυκλώματα, ήταν η πρώτη φορά που επιτυγχάνεται με τη χρήση πυριτίου.
Η ομάδα από την Διεθνή Ακαδημία Κβαντικής της Σενζέν (Shenzhen International Quantum Academy) επισημαίνει ότι τα θεμελιώδη δομικά στοιχεία που απαιτούνται για έναν ευρέως χρήσιμο, ανεκτικό στα σφάλματα κβαντικό υπολογιστή είναι πλέον διαθέσιμα στο πυρίτιο – ένα υλικό που βρίσκει εφαρμογή σε smartphones, laptops και κέντρα δεδομένων.
Επιπλέον, οι ερευνητές χρησιμοποίησαν τον επεξεργαστή για να υπολογίσουν την κατάσταση χαμηλότερης ενέργειας ενός μορίου νερού, φτάνοντας σε αποτέλεσμα πολύ κοντά στην θεωρητική τιμή. Αυτό υποδηλώνει ότι η προσέγγιση αυτή είναι «εφικτή για την εκτέλεση πρακτικών κβαντικών αλγορίθμων».
Οι κβαντικοί υπολογιστές είναι σχεδιασμένοι για να επιλύουν συγκεκριμένα προβλήματα που ξεπερνούν τις δυνατότητες ακόμη και των ταχύτερων συμβατικών υπολογιστών, όπως η προσομοίωση μορίων ή η βελτιστοποίηση σύνθετων συστημάτων. Σε αντίθεση με τους κοινούς υπολογιστές που επεξεργάζονται πληροφορίες ως 0 και 1, οι κβαντικοί υπολογιστές χρησιμοποιούν κβαντικά μπιτ (qubits), τα οποία μπορούν να αναπαριστούν πολλαπλές πιθανότητες ταυτόχρονα, καθιστώντας ορισμένους υπολογισμούς πολύ πιο αποδοτικούς.
Μέχρι σήμερα, επιστήμονες έχουν κατασκευάσει πρωτότυπους κβαντικούς υπολογιστές χρησιμοποιώντας υλικά όπως υπεραγώγιμα κυκλώματα, παγιδευμένα ιόντα και ουδέτερα άτομα. Η Google, για παράδειγμα, είναι ένας σημαντικός παίκτης στην υπεραγώγιμη κβαντική υπολογιστική, ενώ στην Κίνα, ένα φωτονικό σύστημα με την ονομασία Jiuzhang έχει κεντρίσει το παγκόσμιο ενδιαφέρον.
Το πυρίτιο, ως θεμέλιο της σύγχρονης βιομηχανίας τσιπ, παρουσιάζει μεγάλο ενδιαφέρον, καθώς οι κβαντικές μηχανές που βασίζονται σε αυτό θα μπορούσαν στο μέλλον να κατασκευαστούν ευκολότερα και σε μεγαλύτερη κλίμακα. Πριν από αυτή τη μελέτη, οι κβαντικές συσκευές πυριτίου είχαν επιδείξει υψηλή ακρίβεια ελέγχου σε μικρό αριθμό qubits, αλλά η συνεργασία τους με τρόπο που να ελέγχει για σφάλματα παρέμενε μια μεγάλη πρόκληση.
Η ομάδα από τη Σενζέν δημιούργησε τον επεξεργαστή για τη μελέτη τοποθετώντας άτομα φωσφόρου σε πυρίτιο με ατομική ακρίβεια, δημιουργώντας μια μικροσκοπική συσκευή στην οποία τα κβαντικά μπιτ μπορούσαν να ελέγχονται μεμονωμένα. Ανέπτυξαν επίσης έναν τρόπο μείωσης της παρεμβολής σημάτων, μιας σημαντικής πηγής σφαλμάτων στα κβαντικά συστήματα.
Χρησιμοποιώντας τέσσερα τέτοια κβαντικά μπιτ, οι ερευνητές τα ομαδοποίησαν σε δύο προστατευμένες μονάδες για υπολογισμούς. Αυτή η προσέγγιση επέτρεψε στη συσκευή να επισημαίνει σφάλματα που προκλήθηκαν από τυχαίο θόρυβο ή παρεμβολές, τα οποία διαφορετικά θα επηρέαζαν τα αποτελέσματα των υπολογισμών.
Σύμφωνα με τους ερευνητές, αυτός είναι ο πρώτος κβαντικός επεξεργαστής πυριτίου που επιδεικνύει ολόκληρη την αλυσίδα – από την προετοιμασία καταστάσεων με έλεγχο σφαλμάτων, έως την εκτέλεση των κύριων τύπων υπολογιστικών βημάτων και τη χρήση τους σε πραγματικό αλγόριθμο.
Η ομάδα ανέφερε ότι η επόμενη πρόκληση θα είναι η μείωση της παρεμβολής μεταξύ των σημάτων, η τοποθέτηση των ατόμων με μεγαλύτερη ακρίβεια και η επέκταση του συστήματος ώστε περισσότερα κβαντικά μπιτ να μπορούν να συνεργάζονται στο ίδιο τσιπ. Ο μακροπρόθεσμος στόχος είναι η μετατροπή της κβαντικής υπολογιστικής με πυρίτιο σε πρακτική τεχνολογία, συμβατή με τη βιομηχανία ημιαγωγών.
