פריצת דרך בתחום המחשוב הקוונטי: מדענים מפתחים גישה פוטונית חדשה שעובדת בטמפרטורת החדר

חוקרים יצרו בהצלחה קיוביט לוגי באמצעות דופק אור יחיד שיש לו את היכולת הטבועה לתקן שגיאות

התקדמויות משמעותיות נעשו בתחום מחשוב קוונטי, כאשר חברות בינלאומיות גדולות כמו גוגל ו-IBM מספקות כעת שירותי מחשוב קוונטי דרך הענן. עם זאת, מחשבים קוונטיים עדיין אינם מסוגלים לטפל בבעיות המתעוררות כאשר מחשבים קונבנציונליים מגיעים לתקרות הביצועים שלהם. מגבלה זו היא בעיקר הזמינות של קווביטים או סיביות קוונטיות, כלומר, היחידות הבסיסיות של מידע קוונטי, עדיין אינה מספקת.

אחת הסיבות לכך היא שקיוביטים חשופים אינם מועילים באופן מיידי להפעלת אלגוריתם קוונטי. בעוד שהסיביות הבינאריות של מחשבים מקובלים מאחסנות מידע בצורה של ערכים קבועים של 0 או 1, קיוביטים יכולים לייצג 0 ו-1 בו-זמנית, מה שמביא את ההסתברות לגבי ערכם. זה ידוע בשם סופרפוזיציה קוונטית.

זה הופך אותם לרגישים מאוד להשפעות חיצוניות, מה שאומר שהמידע שהם מאחסנים יכול ללכת לאיבוד בקלות. על מנת להבטיח שמחשבים קוונטיים מספקים תוצאות אמינות, יש צורך ליצור הסתבכות אמיתית כדי לחבר כמה קיוביטים פיזיים ליצירת קיוביט לוגי. אם אחד מהקיוביטים הפיזיים הללו ייכשל, הקיוביטים האחרים ישמרו את המידע. עם זאת, אחד הקשיים העיקריים המונעים את הפיתוח של מחשבים קוונטיים פונקציונליים הוא המספר הרב של קיוביטים פיזיים הנדרשים.

יתרונות של גישה מבוססת פוטון

מושגים רבים ושונים משמשים כדי להפוך את המחשוב הקוונטי לכדאי. תאגידים גדולים מסתמכים כיום על מערכות מוצק מוליכות, למשל, אך לאלה יש את החסרון שהן פועלות רק בטמפרטורות הקרובות ל אפס מוחלט. מושגים פוטוניים, לעומת זאת, עובדים בטמפרטורת החדר.

פוטונים בודדים משמשים כאן בדרך כלל כקיוביטים פיזיים. פוטונים אלה, שהם, במובן מסוים, חלקיקי אור זעירים, פועלים מטבעם מהר יותר מאשר קיוביטים במצב מוצק, אך יחד עם זאת, הולכים לאיבוד בקלות רבה יותר. כדי למנוע הפסדי קיוביט ושגיאות אחרות, יש צורך לחבר מספר יחידותפוטון האור פועם יחד לבניית קיוביט לוגי – כמו במקרה של הגישה המבוססת על מוליכים.

קיוביט עם היכולת הטבועה לתיקון שגיאות

חוקרים מאוניברסיטת טוקיו יחד עם עמיתים מאוניברסיטת יוהנס גוטנברג מיינץ (JGU) בגרמניה ומאוניברסיטת פאלאקי אולומוץ' בצ'כיה הדגימו לאחרונה אמצעי חדש לבניית מחשב קוונטי פוטוני. במקום להשתמש בפוטון בודד, הצוות השתמש בפולס אור שנוצר בלייזר שיכול להיות מורכב ממספר פוטונים.

"דופק הלייזר שלנו הומר למצב אופטי קוונטי שנותן לנו יכולת אינהרנטית לתקן שגיאות", אמר פרופסור פיטר ואן לוק מאוניברסיטת מיינץ. "למרות שהמערכת מורכבת רק מפולס לייזר ולכן היא קטנה מאוד, היא יכולה – באופן עקרוני – למגר שגיאות באופן מיידי".

לפיכך, אין צורך ליצור פוטונים בודדים כקיוביטים באמצעות פולסי אור רבים ואז לגרום להם לקיים אינטראקציה כקיוביטים לוגיים. "אנחנו צריכים רק דופק אור בודד כדי להשיג קיוביט לוגי חזק", הוסיף ואן לוק.

במילים אחרות, קיוביט פיזי כבר שווה ערך לקיוביט לוגי במערכת זו – מושג יוצא דופן וייחודי. עם זאת, הקיוביט הלוגי שהופק בניסוי באוניברסיטת טוקיו עדיין לא היה באיכות מספקת כדי לספק את רמת הסובלנות הנדרשת לשגיאות. אף על פי כן, החוקרים הוכיחו בבירור כי ניתן להפוך קיוביטים שאינם ניתנים לתיקון באופן אוניברסלי לקיוביטים ניתנים לתיקון באמצעות השיטות האופטיות הקוונטיות החדשניות ביותר.