Відкрито “магічний” інгредієнт для квантових обчислень

Вчені з Інституту квантових обчислень у Ватерло (Канада) знайшли форму квантової “дивакуватості”, яка має стати ключовим інгредієнтом для побудови квантового комп’ютера.

В роботі, яка була опублікована в журналі Nature, дослідники показали, що квантова контекстуальність є ключовим ресурсом для досягнення “магії”, що необхідна для універсальних квантових обчислень. Як стверджує Марк Говард, постдок Інституту квантових обчислень та головний автор статті:

Перед цим нам не було відомо, які ресурси є необхідними для фізичних пристроїв, аби працювати з квантовою інформацією. Відтепер нам відомий один. Дослідники працюють над побудовою універсального квантового комп’ютера, тож їм необхідно розуміти його мінімальні фізичні вимоги. Ця робота є важливим кроком на шляху до приборкання квантового світу.

Один з найголовніших бар’єрів на цьому шляху є пошук практичних способів контролю непевних квантових станів. Говард та його колеги теоретично підтвердили, що контекстуальність є необхідним ресурсом для досягнення переваг квантових обчислень.

Що таке контекстуальність? Контекстуальність – це одна з “дивакуватих” властивостей квантової теорії, яка відрізняє квантовий світ від класичного. В класичному світі, будь-яке вимірювання просто визначає ту або іншу властивість, яку мала система до вимірювання, наприклад, колір.

В квантовому світі властивість, яку ви визначаєте через вимірювання, не є просто властивістю системи безпосередньо перед процесом вимірювання. Те, що ви спостерігаєте, обов’язково залежить від того, як ви проводили виміри, – воно залежить від “контексту” експерименту.

Цей геометричний малюнок демонструє концепцію магічних станів та їх зв'язок з контекстуальністю. Трикутна область містить квантові стани, які не є магічними та не виявляють контекстуальність. Стани поза трикутником демонструють контекстуальність і можуть бути корисними в якості ресурсу в моделі магічних станів квантових обчислень.
Цей геометричний малюнок демонструє концепцію магічних станів та їх зв’язок з контекстуальністю. Трикутна область містить квантові стани, які не є магічними та не виявляють контекстуальність. Стани поза трикутником демонструють контекстуальність і можуть бути корисними в якості ресурсу в моделі магічних станів квантових обчислень.

Наступний приклад дозволить краще зрозуміти контекстуальність. Уявіть, що ви перевертаєте гральну карту – вона буде мати або чорну, або червону масть. Тепер уявіть дев’ять гральних карт, які розташовані решіткою три на три. Квантова механіка передбачає дещо, що може видаватись суперечливим, – серед цих карт повинна бути парна кількість червоних в кожному рядку та непарна кількість червоних в кожному стовпці. Спробуйте намалювати решітку, яка задовольняє цим правилам, і ви побачите, що це неможливо. Це тому, що квантові вимірювання не можуть бути проінтерпретовані як просте відкритті існуючої властивості шляхом перевертання кари та визначення її кольору. В цьому і полягає дивакуватість квантової механіки.

Одна з причин чому квантові пристрої так складно побудувати це те, що вони повинні працювати в завадостійкому середовищі. Термін “магічні” відсилає до конкретного підходу побудови завадостійких квантових комп’ютерів, відомого як дистиляція магічних станів.

Магічні стани є критично важливими інгредієнтами, але в той же час такими, що важко досягаються та утримуються. Визнаючи ці стани контекстуальними, вчені зможуть побудувати нові алгоритми, які дозволять дослідити спеціальні властивості цих станів більш детально.

Отримані результати дають глибше розуміння природи квантових обчислень, а також роз’яснюють практичні вимоги розробки реальних квантових комп’ютерів. Дослідники сподіваються, що їх результати допоможуть як теоретикам, так і експериментаторам в пошуках нових ефективних методів обходу небажаних джерел шуму та інших завад при квантових обчисленнях.

Першоджерело

Написати коментар

Ваша e-mail адреса не оприлюднюватиметься. Обов’язкові поля позначені *