Nacionalinio standartų ir technologijos instituto (JAV) mokslininkams, eksperimentuojantiems su vieno kvantinio bito (kubito) sistema, pavyko pasiekti rekordiškai mažą kvantinės informacijos apdorojimo klaidų skaičių. Tai pirmasis darbas, kuriame pateikiamas toks mažas klaidų rodiklis, atitinkantis teorinius reikalavimus, keliamus pilnai funkcionuojančiam kvantiniam kompiuteriui.
Kaip žinia, kvantinis kompiuteris galėtų kaip riešutus išgliaudyti uždavinius, kurie neįveikiami šiuolaikinėms skaičiavimo mašinoms ir netgi superkompiuteriams. Nacionalinio standartų ir technologijos instituto mokslininkų eksperimentas su vienu berilio jono kubitu yra didžiulis žingsnis gerinant paprastų kvantinių loginių operacijų įgyvendinimą. Vis dėlto tam, kad kvantinis kompiuteris veiktų, reikės ir dviejų kubitų loginių operacijų, kurių klaidų rodiklis irgi turi būti pakankamai mažas.
„Viena klaida, pasitaikanti atliekant 10 tūkstančių loginių operacijų, yra laikoma pakankamai mažu rodikliu, leidžiančiu kvantiniame kompiuteryje taikyti klaidų taisymo protokolus, – aiškina projektui vadovavęs Kentonas Braunas (Kenton Brown). – Paprastai sutariama, jog jeigu klaidų rodiklis viršija šį skaičių, atliekant klaidų taisymo operacijas bus privelta dar daugiau klaidų. Mes sugebėjome parodyti, kad pakankamai neblogai valdome vieno kubito atliekamas operacijas, nes mūsų klaidų rodiklis siekia vieną iš 50 tūkstančių loginių operacijų“.
Minėtajame institute eksperimentas buvo atliktas su tūkstančiu unikalių loginių operacijų sekų, kurias atsitiktinai parinko kompiuteris. 10 skirtingų ilgių sekos – nuo vienos iki 987 operacijų – buvo pakartotos 100 kartų. Išmatuotieji rezultatai buvo palyginti su teoriniais skaičiavimais. Maksimalų sekos ilgį apribojo eksperimentą valdanti techninė įranga.
Tokį mažą klaidų rodiklį lėmė du pagrindiniai eksperimentinės įrangos pakeitimai. Pirma, mokslininkai joną paveikė ne įprastiniu lazerio pluoštu, o mikrobangomis. Mikrobangų antena buvo įmontuota į jonų gaudyklę, kurioje pagautojo jono atstumas nuo paviršiaus siekė 40 mikrometrų. Mikrobangos sumažino klaidų skaičių, kurias sukeldavo lazerio pluošto krypties ir galios nepastovumas bei spontaninės jonų emisijos. Antra, jonų gaudyklė buvo patalpinta varinės vakuuminės kameros viduje ir atšaldyta iki -268.8 oC temperatūros. Taip sumažintas laboratorijos magnetinių laukų fluktuacijų poveikis.
Paveikslėlyje: jonų gaudyklė, kurioje raudonas taškas žymi jono vietą luste. Horizontalios ir vertikalios linijos atskiria auksinius elektrodus, sumontuotus taip, kad išlaikytų joną ir generuotų jo valdymui reikalingus mikrobangų impulsus. Lustas buvo panaudotas eksperimentuose, kurie parodė mažą kvantinės informacijos apdorojimo klaidų rodiklį.
