Australští vědci dokázali snížit chybovost v polovodičových qubitech, jednotkových buňkách kvantového počítače, na úroveň 0,04%. To dláždí cestu pro vytváření univerzálních počítačů, říkají fyzici v časopise Nature Electronics.
Již několik let vyvíjí Dzurak a jeho kolegové z univerzity komponenty potřebné k sestavení plnohodnotného kvantového počítače v pevné fázi. V roce 2010 tedy vytvořili kvantový jednoelektronový tranzistor av roce 2012 plnohodnotný křemíkový qubit založený na atomu fosforu-31.
V roce 2013 sestavili novou verzi qubit, která umožnila čtení dat s téměř 100% přesností a po dlouhou dobu zůstala stabilní. V říjnu 2015 učinil Dzurak a jeho tým první krok k vytvoření prvního křemíkového kvantového počítače kombinací dvou qubits do modulu, který provádí logickou operaci OR.
Zbýval už jen jeden krok - naučit se kombinovat podobné qubity pomocí stejných polovodičových technologií jako samotné buňky kvantové paměti. Bylo to nesmírně obtížné, protože „obyčejné“polovodičové qubity mohou navzájem interagovat pouze na krátkou vzdálenost.
Po vyřešení tohoto problému před dvěma lety australští vědci přemýšleli o tom, jak „přilepit“qubity do jediného celku a naučit se, jak je „vytisknout“způsobem, jakým výrobci elektroniky vytvářejí mikroobvody. Výsledkem těchto úvah byly první plány na vytvoření kvantových „mikroobvodů“, které představil tým Dzurak v prosinci 2017.
Tyto nápady, jak poznamenal Dzurak, se jeho týmu loni na podzim podařilo převést do praxe pomocí tzv. Technologie CMOS - jedné z nejčastějších a osvědčených technik výroby mikroobvodů. Vědci jej použili k „tisku“všech složek qubits, jakož i mikrovlnných zářičů, kvantových teček a tranzistorů potřebných pro správné zapsání nových dat do kvantové paměťové buňky.
Po vyřešení tohoto problému fyzikové přemýšleli o dalším velkém kroku - aby vytvořili skutečně univerzální kvantový počítač, potřebovali, aby jejich qubity fungovaly téměř dokonale, a chyby ne více než 1% času. V tomto případě lze zbytek problémů v jejich práci eliminovat pomocí speciálních algoritmů pro opravu chyb a logických, nikoli fyzických, qubits.
Jak výzkumník poznamenává, existují dva způsoby, jak zlepšit přesnost takových zařízení - zlepšením konstrukce samotných paměťových buněk a změnou způsobu, jakým se do nich čtou a zapisují informace. Australští fyzici se vydali na druhou cestu pomocí algoritmů a technik vyvinutých jejich teoretickými kolegy na University of Sydney.
Propagační video:
Pomohli Zurakuovi a jeho týmu změnit strukturu mikrovlnných řídících pulsů tak, aby se počet chyb při čtení nebo zápisu dat snížil o několik řádů. V důsledku toho vědci nejen překročili „bariéru korekce chyb“, ale také obcházeli supravodivé a „atomové“qubity, které byly dříve považovány za slibnější pro vytváření složitých kvantových strojů.
V blízké budoucnosti plánují obě skupiny vědců provádět podobná měření kombinací několika křivek a mikroobvodů, které již Dzurak a jeho tým vytvořili v minulosti. Vědci doufají, že v nadcházejících letech budou schopni snížit celkovou míru chyb na úroveň, která umožní vytvoření plnohodnotného kvantového počítače.