การสร้างกเท่าๆ กับคอมพิวเตอร์ต้องใช้ความสามารถในการขีดขอบของความเป็นจริงด้วยการสัมผัสที่เงียบที่สุด 'เสียงรบกวน' มากเกินไปและสภาวะที่ละเอียดอ่อนของระบบพังทลายลง ทำให้คุณมีค่าใช้จ่ายที่ทับกระดาษมีราคาแพงมาก
วิธีหนึ่งในการลดความเสี่ยงของเหตุการณ์นี้คือการสร้างการตรวจสอบและถ่วงดุลที่ช่วยป้องกันสถานะที่พร่ามัวของความเป็นจริงที่เป็นแก่นของคอมพิวเตอร์ควอนตัม- และตอนนี้นักวิทยาศาสตร์ได้เสนอวิธีการใหม่ในการทำเช่นนั้น
นักฟิสิกส์เชิงทฤษฎีจากมหาวิทยาลัย RWTH Aachen ในประเทศเยอรมนีได้เสนอสิ่งที่เรียกว่า 'สนามแม่เหล็กสังเคราะห์' ซึ่งพวกเขาคิดว่าสามารถช่วยปกป้องคิวบิตที่เปราะบางซึ่งจำเป็นในคอมพิวเตอร์ควอนตัมได้
"เราได้ออกแบบวงจรที่ประกอบด้วยองค์ประกอบวงจรตัวนำยิ่งยวดที่ล้ำสมัยและอุปกรณ์ที่ไม่ซึ่งกันและกัน ซึ่งสามารถใช้เพื่อนำรหัสแก้ไขข้อผิดพลาดควอนตัม GKP ไปใช้งานแบบพาสซีฟ" ทีมงานเขียนในกระดาษของพวกเขา-
พื้นฐานสำหรับการออกแบบคือแนวคิดที่มีอายุเกือบ 20 ปี (เราจะพูดถึงเรื่องนี้ในอีกสักครู่) ซึ่งเป็นแนวคิดที่ไม่สามารถทำได้โดยอาศัยข้อกำหนดของสนามแม่เหล็กแรงสูงที่เป็นไปไม่ได้ แนวทางใหม่พยายามแก้ไขปัญหานี้
แทนที่จะเป็นภาษาพื้นฐานบิต 1 และ 0 ที่แจ้งการทำงานของสมาร์ทโฟนหรือเดสก์ท็อปของคุณการคำนวณควอนตัมอาศัยไบนารีน้อยกว่าและใช้วิธีการที่ชัดเจนน้อยกว่ามากในการกระทืบตัวเลข
บิตควอนตัมหรือคิวบิตเป็นหน่วยภาษาแต่ละหน่วยโดยพิจารณาจากความน่าจะเป็นของกลศาสตร์ควอนตัม การผูกเชือกเข้าด้วยกันอย่างพอเหมาะและการพังทลายของพวกมันอย่างไม่ตั้งใจทำให้เกิดรากฐานสำหรับแนวทางการแก้ปัญหาที่แตกต่างออกไป
ควิบิตนั้นเป็นสิ่งมีชีวิตที่แปลกประหลาด ซึ่งเป็นสิ่งที่ไม่มีทางเทียบเท่าได้จริงในประสบการณ์ในแต่ละวันของเรา หากไม่สังเกต อาจอยู่ในตำแหน่ง 1, 0 หรือทั้งสองพร้อมกัน แต่ทันทีที่คุณดูมัน qubit ก็จะกลายเป็นสถานะเดียวที่ธรรมดากว่า
ในวิชาฟิสิกส์ การมองแบบนี้ไม่จำเป็นต้องเป็นการจ้องมองโดยเจตนาด้วยซ้ำ เสียงกระหึ่มของรังสีแม่เหล็กไฟฟ้า การชนกันของอนุภาคข้างเคียง... และคิวบิตนั้นสามารถค้นพบตัวเองเป็นส่วนหนึ่งของทิวทัศน์ได้อย่างรวดเร็ว โดยสูญเสียพลังสำคัญของความน่าจะเป็นไป
'เสียงรบกวน' นี้จะแย่ลงเมื่อเราขยายอุปกรณ์ให้มีคิวบิตมากขึ้น ซึ่งเป็นสิ่งที่จำเป็นในการทำให้คอมพิวเตอร์ควอนตัมมีประสิทธิภาพเพียงพอที่จะสามารถประมวลผลระดับสูงที่เราคาดหวังได้
วิธีที่มีแนวโน้มในการรับรองว่า qubit ยังคงคลุมเครือนานพอที่จะมีประโยชน์ก็คือพัวพันมันกับคิวบิตอื่น ๆ ที่อยู่ที่อื่น ซึ่งหมายความว่าความน่าจะเป็นของมันตอนนี้ขึ้นอยู่กับอนุภาคอื่น ๆ ที่คลุมเครือพอ ๆ กันซึ่งนั่งอยู่ในโซนที่ไม่น่าจะถูกกระแทกด้วยเสียงเดียวกัน
หากทำถูกต้องวิศวกรก็สามารถรับประกันได้ในระดับหนึ่งการแก้ไขข้อผิดพลาดควอนตัม– โครงการประกันที่ช่วยให้ควิบิตสามารถรับมือกับการสั่น การสั่น และการม้วนตัวของเสียงรบกวนรอบข้างเป็นครั้งคราว
และนี่คือจุดที่เรากลับไปที่รายงานฉบับใหม่ย้อนกลับไปในปี 2544นักวิจัยทั้งสามคน ได้แก่ Daniel Gottesman, Alexeir Kitaev และ John Preskill ได้กำหนดวิธีในการเข้ารหัสการป้องกันประเภทนี้ลงในพื้นที่ในฐานะคุณลักษณะที่แท้จริงของวงจรที่เก็บ qubits ซึ่งอาจช่วยให้ฮาร์ดแวร์บางลงได้
กลายเป็นที่รู้จักในชื่อรหัส Gottesman-Kitaev-Preskill (GKP) มีปัญหาเพียงอย่างเดียวคือ รหัส GKP อาศัยการจำกัดอิเล็กตรอนให้เหลือเพียงสองมิติโดยใช้สนามแม่เหล็กขนาดใหญ่ที่มีความเข้มข้นสูงในลักษณะที่ใช้งานไม่ได้จริง ยิ่งไปกว่านั้น กระบวนการตรวจจับและกู้คืนจากข้อผิดพลาดยังค่อนข้างซับซ้อน โดยต้องใช้ฮาร์ดแวร์จำนวนมากยิ่งขึ้น
เพื่อให้ได้รับประโยชน์สูงสุดจากโค้ด GKP วิศวกรควอนตัมจะต้องใช้แนวทางที่ไม่โต้ตอบและลงมือปฏิบัติมากขึ้นในการป้องกันและกู้คืนข้อมูลของคิวบิตจากสัญญาณรบกวน
ดังนั้นในข้อเสนอที่เป็นนวัตกรรมใหม่นี้ นักฟิสิกส์แนะนำให้แทนที่สนามแม่เหล็กขนาดใหญ่ที่เป็นไปไม่ได้ด้วยวงจรตัวนำยิ่งยวดที่ประกอบด้วยส่วนประกอบที่มีจุดประสงค์เดียวกันมาก โดยขจัดสัญญาณรบกวน
ลักษณะทางเทคนิคของการตั้งค่าไม่ได้มีไว้สำหรับการอ่านทั่วไป แต่Anja Metelmann จาก APS Physicsทำหน้าที่อย่างดีในการอธิบายทีละขั้นตอนสำหรับผู้ที่ต้องการรายละเอียด
เพื่อให้มันทำงานได้ จะต้องมีวิธีให้โฟตอนซึ่งกระเพื่อมในสนามแม่เหล็กไฟฟ้าที่นำพาแรงของอิเล็กตรอนมาถูกควบคุมโดยสนามนั้นเอง เมื่อพิจารณาถึงความเป็นกลางของโฟตอนแล้ว นี่จึงเป็นไปไม่ได้
มีวิธีแก้ไขปัญหาอยู่ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมานักฟิสิกส์ได้ค้นพบวิธีการควบคุมโฟตอนเพื่อให้สามารถส่งผ่านได้เหมือนอิเล็กตรอน โดยการปรับทัศนศาสตร์ของอวกาศให้มีลักษณะคล้ายแม่เหล็กบางอย่าง
สนามแม่เหล็กสังเคราะห์ที่เรียกว่าสนามแม่เหล็กสังเคราะห์ช่วยให้โฟตอนถูกควบคุมทิศทางได้ ทำให้วิศวกรมีวิธีประดิษฐ์อุปกรณ์ต่างๆ ซึ่งสามารถบังคับให้คลื่นแสงทำงานเหมือนกระแสน้ำได้มากขึ้น
บทความฉบับใหม่ได้วางแนวทางในการใช้สนามแม่เหล็กสังเคราะห์นี้เพื่อปกป้องอิเล็กตรอนเดี่ยวทางทฤษฎีในคริสตัลซึ่งจำกัดอยู่ในระนาบ 2 มิติ เมื่อพวกเขาทำการคำนวณเพื่อดูว่ามันจะตอบสนองอย่างไรเมื่ออยู่ภายใต้สนามแม่เหล็กแรงสูงที่แท้จริง ซึ่งมักจะรบกวนระบบ พวกเขาแสดงให้เห็นว่าการตั้งค่าใหม่สามารถปกป้องมันได้
"เราพบว่าวงจรได้รับการปกป้องโดยธรรมชาติจากช่องสัญญาณรบกวนทั่วไปในวงจรตัวนำยิ่งยวด เช่น ประจุและสัญญาณรบกวนฟลักซ์ ซึ่งหมายความว่าสามารถใช้เพื่อแก้ไขข้อผิดพลาดควอนตัมแบบพาสซีฟได้" ทีมงานอธิบายไว้ในรายงานของพวกเขา-
ก่อนที่เราจะได้ต้นแบบการทำงานของเครื่องจักรแก้ไขข้อผิดพลาดควอนตัมนี้ ยังมีข้อบกพร่องมากมายที่ต้องทดลอง ทั้งหมดนี้ทำได้ดีบนกระดาษ แต่ต้องรอดูว่าเทคโนโลยีจะให้ความร่วมมือตามที่คาดไว้หรือไม่
ในเวลาต่อมา เราอาจมีอุปกรณ์ที่ค่อนข้างเรียบง่ายซึ่งเปลี่ยนแนวคิดที่ใช้งานไม่ได้แต่ก็มีประสิทธิภาพในการขยายขนาดคอมพิวเตอร์ควอนตัมให้เป็นไปได้จริง โดยเปิดทางให้กับเทคโนโลยีที่ทนทานต่อข้อผิดพลาด ซึ่งจนถึงขณะนี้ส่วนใหญ่เป็นเชิงทฤษฎี
งานวิจัยนี้ตีพิมพ์ในการตรวจร่างกาย X-
