O echipă de la Caltech a anunțat un aranjament record de 6.100 de qubiți neutrali, prin prinderea atomilor cu fascicule laser. Această realizare marchează un pas semnificativ în dezvoltarea computării cuantice la scară mare, demonstrând că mărirea numărului de unităţi nu trebuie să compromită calitatea stărilor cuantice. Rezultatele oferă un cadru practic pentru experimente viitoare în domeniul corecției erorilor și al entanglement-ului, esenţiale pentru aplicaţii avansate în fizică şi chimie.
Progresul către computere cuantice la scară largă cu atomi neutri
Folosind instrumente cunoscute ca tweezere optice, cercetătorii au fragmentat un fascicul laser pentru a crea 12.000 de puncte de prindere, obţinând astfel un array care conţine 6.100 de atomi de cesiu capturaţi într-o cameră de vid. Sistemul permite vizualizarea fiecărui qubit ca un punct luminos, oferind control individual asupra fiecărei unităţi. Importanţa acestei realizări constă în combinarea dimensiunii mari cu parametri de calitate ridicată. Echipa a menţinut stările de superpoziţie timp de aproximativ 13 secunde, interval mult mai lung decât în experimentele anterioare cu platforme similare. Controlul individual a fost realizat cu fidelitate extrem de ridicată, ceea ce indică faptul că se poate atinge simultan cantitatea şi calitatea necesare pentru paşi viitori, cum ar fi codificarea tolerantă la erori. Capacitatea de a deplasa atomi la distanţe de ordinul sutelor de micrometri fără a distruge coerenţa oferă un avantaj practic. Această mobilitate facilitează scheme de corecţie a erorilor mai flexibile, comparativ cu platformele rigide care limitează conectivitatea. Platformele cuantice concurente, precum circuitele superconductoare sau ionii capturaţi, au propriile avantaje, dar aranjamentele cu atomi neutri promit o cale clară către scalarea masivă. Mai mult, etapele următoare includ crearea de legături cuantice între qubiţi, sau entanglement, care transformă stocarea stărilor în calcule cuantice efective. În practică, entanglement-ul va permite simulări ale fenomenelor naturale complexe, contribuind la proiectarea de materiale noi şi la înţelegerea interacţiunilor cuantice fundamentale. Pe termen lung, pentru a ajunge la maşini tolerante la erori va fi nevoie de sute de mii de qubiţi fizici, însă rezultatele curente arată că atomi neutri pot constitui o tehnologie competitivă pentru acest obiectiv.
Aspecte tehnice și implicații pentru corecția erorilor
Demonstrând că mărirea numărului de qubiţi nu degradează performanța, experimentul pune bazele testării la scară largă a schemelor de corecţie a erorilor. În practică, corecţia necesită redundanță şi capabilităţi de manipulare fină a stărilor cuantice fără a le perturba. Capacitatea de a muta atomi păstrând coerenţa oferă mecanisme flexibile pentru implementarea unor protocoale logice. De asemenea, fidelitatea operaţiilor unice este esenţială: fără operaţii precise, codurile cuantice nu pot funcţiona eficient. Platforma Caltech combină un număr mare de qubiţi cu control spaţial şi temporal detaliat, ceea ce facilitează experimentele ce vor testa schemele de protejare a informaţiei cuantice. În plus, flexibilitatea aranjamentului permite explorarea arhitecturilor critice pentru dezvoltarea unor procesoare cuantice utile în cercetare şi industrie.
„Scalarea numărului de qubiți nu a venit în detrimentul coerenței; am obținut o perioadă de coerență mult mai lungă decât în experimentele precedente.”
- Aranjament record de 6.100 de qubiți capturați cu tweezere optice.
- Stări de superpoziţie păstrate aproximativ 13 secunde în medie.
- Control individual cu fidelitate foarte ridicată, permis pentru corecţie de erori.
Concluzii și pași următori pentru computere cuantice practice
Rezultatele reprezintă un progres tehnic care susţine ideea că computerele cuantice pot fi scalate fără a pierde coerenţă şi precizie. Următorii paşi includ realizarea de stări entanglate la scară largă şi testarea codurilor de corecţie pe mii de qubiţi. Eforturile viitoare vor combina experimentele de laborator cu dezvoltarea algoritmilor adaptabili la arhitectura cu atomi neutri. De asemenea, colaborările interdisciplinare şi finanţările din partea unor organizaţii publice şi private vor rămâne vitale pentru tranziţia de la prototipuri la sisteme utile pentru cercetare şi industrie. În ansamblu, aranjamentul Caltech confirmă că platformele cu atomi neutri sunt candidați serioși pentru construcția de mașini cuantice tolerate la erori, capabile să deschidă noi direcții în știință și tehnologie.
Sursa: sciencedaily.com