Nowy komputer kwantowy odblokowuje większą moc obliczeniową

Komputery są dobrze znane z operowania informacjami binarnymi, czyli zerami i jedynkami, co doprowadziło do tego, że komputery zasilają dużą część dzisiejszego świata. Obecne komputery kwantowe są również zaprojektowane do przetwarzania informacji binarnej.

Martin Ringbauer jest fizykiem eksperymentalnym z Innsbrucka w Austrii.

„Jednak elementy składowe komputerów kwantowych to coś więcej niż tylko zera i jedynki” – mówi Ringbauer. „Ograniczenie ich do systemów binarnych uniemożliwia tym urządzeniom wykorzystanie ich prawdziwego potencjału”.

Obliczenia z cyframi kwantowymi

Zespołowi badawczemu kierowanemu przez Thomasa Monza z Wydziału Fizyki Doświadczalnej Uniwersytetu w Innsbrucku udało się opracować nowy typ komputera kwantowego, który może wykonywać dowolne obliczenia za pomocą cyfr kwantowych, czyli quditów. To nowe podejście zapewnia większą moc obliczeniową przy mniejszej liczbie cząstek kwantowych.

Badanie zostało opublikowane w czasopiśmie Fizyka przyrody.

Mimo że metoda przechowywania informacji w zerach i jedynekach nie jest zbyt wydajna, jest ona znacznie prostsza niż inne metody. Jest także niezawodny i odporny na błędy, co od dawna uczyniło go standardem dla klasycznych komputerów.

Wyjątkowość obliczeń kwantowych

Jednak sytuacja zaczyna się zmieniać, gdy mowa o obliczeniach kwantowych. Komputer kwantowy w Innsbrucku przechowuje informacje w pojedynczych uwięzionych atomach wapnia, przy czym każdy z atomów ma naturalnie osiem różnych stanów. Tylko dwa z tych stanów służą do przechowywania informacji. Prawie wszystkie istniejące komputery kwantowe mają dostęp do większej liczby stanów kwantowych, niż faktycznie wykorzystują do obliczeń.

Zespół fizyków stworzył komputer kwantowy, który może wykorzystać pełny potencjał atomów, wykorzystując do obliczeń qudity. W przeciwieństwie do metody klasycznej, nowa metoda wykorzystująca więcej stanów nie wpływa negatywnie na niezawodność komputera.

„Układy kwantowe mają naturalnie więcej niż dwa stany i pokazaliśmy, że możemy je wszystkie równie dobrze kontrolować” – mówi Thomas Monz.

Zadania wymagające komputerów kwantowych, takie jak problemy z fizyki, inżynierii materiałowej czy chemii, są naturalnie wyrażane w języku qudit. Jeśli zostaną przepisane dla kubitów, często mogą stać się zbyt skomplikowane dla współczesnych komputerów kwantowych.

„Praca z więcej niż zerami i jedynekami jest bardzo naturalna nie tylko w przypadku komputera kwantowego, ale także w jego zastosowaniach, pozwalając nam uwolnić prawdziwy potencjał systemów kwantowych” – mówi Martin Ringbauer.