Článek
Počítače pracují s obrovským počtem dat. Pracují na základě kódovaní, které vymyslel člověk. Co se ale stane, když člověk na něco zapomene a počítač není připravený na to, že chybu nepokládá za chybu?
Kvantoví fyzici z Německa se pokusili vytvořit kódy pro kvantové opravy chyb. Ty umožní kvantovému počítači přepínat tam a zpět mezi dvěma korekčními kódy způsobem, který má být odolným vůči chybám.
Jak odstranit problém s ukládáním kopií
V kvantových počítačích to ale vyžaduje velké úsilí, protože nelze vytvořit žádnou kopii neznámého kvantového stavu. To znamená, že chybu při výpočtu nelze vícekrát uložit a bez těchto kopií nelze odhalit chybu, když nejsou data podle kterých ji lze porovnat.
Kvantoví fyzici inspirovaní klasickou počítačovou vědou, vyvinuli jinou metodu, ve které je kvantová informace distribuována přes několik propletených kvantových bitů a tímto způsobem uložena redundantně. Jak se to dělá, je definováno v tzv. opravných kódech.
V roce 2022 tým vedený Thomasem Monzem z Katedry experimentální fyziky na Univerzitě v Innsbrucku a Markusem Müllerem z Katedry kvantových informací na RWTH Aachen a Institutu Petera Grünberga ve Forschungszentrum Jülich v Německu implementoval univerzální sadu operací na poruchách. Tolerantní kvantové bity, ukazující, jak lze algoritmus naprogramovat na kvantovém počítači tak, aby bylo možné opravit chyby efektivně. Různé kódy kvantových oprav chyb však také přichází s různými obtížemi. Věta říká, že žádný korekční kód nemůže snadno implementovat všechny operace požadované pro volně programovatelné výpočty s logickými kvantovými bity a chránit je proti chybám.
Kvantové brány s korekčními kódy
Aby se tento problém obešel, výzkumná skupina Markuse Müllera zavedla metodu, která umožňuje kvantovému počítači přepínat tam a zpět mezi dvěma korekčními kódy způsobem odolným vůči chybám.
Tímto způsobem se může kvantový počítač přepnout na druhý kód, kdykoli se v prvním kódu objeví logické hradlo, které je obtížné realizovat. To usnadňuje implementaci všech bran potřebných pro výpočetní techniku. Friederike Buttová, doktorandka ve výzkumné skupině Markuse Müllera, vyvinula kvantové obvody, na kterých je experiment založen a realizovala je v úzké spolupráci s výzkumnou skupinou Thomase Monze v Innsbrucku.
„Společně se nám poprvé podařilo realizovat univerzální sadu kvantových bran na kvantovém počítači iontové pasti pomocí dvou kombinovaných kódů kvantové opravy chyb,“ říká doktorand Ivan Pogorelov z výzkumné skupiny v Innsbrucku.
Zdroj: EurekAlert, Nature
