Przez dziesiątki lat komputery były synonimem informacji binarnej – zer i jedynek. Teraz zespół z Uniwersytetu w Innsbrucku w Austrii zrealizował komputer kwantowy, który wyłamuje się z tego paradygmatu i odblokowuje dodatkowe zasoby obliczeniowe, ukryte w prawie wszystkich dzisiejszych urządzeniach kwantowych.
Wszyscy uczymy się od najmłodszych lat, że komputery pracują z zerami i jedynkami, znanymi również jako informacja binarna. Podejście to okazało się tak skuteczne, że komputery zasilają obecnie wszystko, od ekspresów do kawy po samojeżdżące samochody i trudno wyobrazić sobie bez nich życie.
Opierając się na tym sukcesie, dzisiejsze komputery kwantowe są również zaprojektowane z myślą o binarnym przetwarzaniu informacji. „Budulcem komputerów kwantowych jest jednak coś więcej niż zera i jedynki” – wyjaśnia Martin Ringbauer, fizyk eksperymentalny z Innsbrucka w Austrii. „Ograniczenie ich do układów binarnych uniemożliwia tym urządzeniom realizację ich prawdziwego potencjału”.
Zespołowi kierowanemu przez Thomasa Monza z Wydziału Fizyki Doświadczalnej Uniwersytetu w Innsbrucku udało się teraz opracować komputer kwantowy, który może wykonywać arbitralne obliczenia za pomocą tzw. cyfr kwantowych (quditów), odblokowując w ten sposób większą moc obliczeniową przy użyciu mniejszej liczby cząstek kwantowych.
Systemy kwantowe są inne
Chociaż przechowywanie informacji w zerach i jedynkach nie jest najbardziej wydajnym sposobem wykonywania obliczeń, jest to najprostszy sposób. Prosty często oznacza również niezawodny i odporny na błędy, dlatego informacja binarna stała się niekwestionowanym standardem dla klasycznych komputerów.
W świecie kwantowym sytuacja jest zupełnie inna. Na przykład w komputerze kwantowym w Innsbrucku informacja jest przechowywana w pojedynczych uwięzionych atomach wapnia. Każdy z tych atomów ma naturalnie osiem różnych stanów, z których zazwyczaj tylko dwa są wykorzystywane do przechowywania informacji. W rzeczywistości prawie wszystkie istniejące komputery kwantowe mają dostęp do większej liczby stanów kwantowych niż wykorzystują do obliczeń.
Naturalne podejście do sprzętu i oprogramowania
Fizycy z Innsbrucku opracowali teraz komputer kwantowy, który może wykorzystać cały potencjał tych atomów, obliczając za pomocą quditów. W przeciwieństwie do klasycznego przypadku, wykorzystanie większej liczby stanów nie czyni komputera mniej niezawodnym. „Systemy kwantowe naturalnie mają więcej niż tylko dwa stany i pokazaliśmy, że możemy kontrolować je wszystkie równie dobrze” – mówi Thomas Monz.
Z drugiej strony, wiele zadań, które wymagają komputerów kwantowych, takich jak problemy z fizyki, chemii czy materiałoznawstwa, jest również naturalnie wyrażonych w języku qudit. Przepisanie ich na qubity może często uczynić je zbyt skomplikowanymi dla dzisiejszych komputerów kwantowych. „Praca z czymś więcej niż zerami i jedynkami jest bardzo naturalna nie tylko dla komputera kwantowego, ale także dla jego zastosowań, pozwalając nam uwolnić prawdziwy potencjał systemów kwantowych” – wyjaśnia Martin Ringbauer.
