Calculul cuantic este adesea descris ca fiind una dintre cele mai promițătoare tehnologii ale secolului XXI. Capabile să rezolve probleme de o complexitate imposibilă pentru calculatoarele clasice, aceste computere ale viitorului ar putea transforma domenii precum criptografia, cercetarea medicală și știința materialelor. Cu toate acestea, această revoluție se confruntă cu o dificultate majoră: gestionarea erorilor în qubiți, unități de informații cuantice. Recent, o echipă de cercetători a făcut un pas major înainte prin dezvoltarea unei arhitecturi care ar putea permite crearea de hard disk-uri cuantice capabile să stocheze cantități mari de date în mod fiabil.
Spre deosebire de biții clasici, care pot fi doar în starea 0 sau 1, qubiții exploatează legile mecanicii cuantice pentru a exista în mai multe stări deodată, printr-un fenomen numit suprapunere. Această proprietate unică le oferă un potențial de calcul imens, dar îi face și foarte fragili. Cea mai mică perturbare (o modificare a temperaturii sau interferență electromagnetică) poate modifica starea unui qubit și poate duce la erori în calcule.
Qubiții trebuie menținuți stabili în timpul operațiunilor, ceea ce este o provocare imensă. Pentru a realiza acest lucru, cercetătorii au dezvoltat sisteme de corectare a erorilor care se bazează pe coduri topologice, structuri matematice complexe concepute pentru a proteja datele qubit împotriva perturbărilor. Aceste coduri organizează qubiții în rețele sau rețele în care erorile pot fi detectate și corectate fără a afecta informațiile esențiale. Ideea este de a exploata proprietățile topologice ale acestor rețele pentru a face sistemele mai fiabile în fața pericolelor de mediu. Aceste metode au însă o limitare majoră: necesită un număr mare de qubiți fizici (cei prezenți efectiv în mașină) pentru a stabiliza un singur qubit logic (cel care conține informațiile utile). Cu alte cuvinte, pentru fiecare qubit logic trebuie mobilizați zeci sau chiar sute de qubiți fizici, ceea ce crește considerabil dimensiunea și complexitatea calculatoarelor cuantice actuale. Această constrângere face dificilă
Aici intervine descoperirea cercetătorilor, publicată recent în revista Nature Communications. Aceștia au dezvoltat o nouă arhitectură pentru corectarea erorilor, bazată pe o rețea tridimensională de qubiți. Acest model folosește cod topologic avansat care permite corectarea erorilor nu mai pe o singură linie de qubiți, ci pe suprafețe bidimensionale din structura 3D. De ce este acest lucru important? Această abordare crește capacitatea sistemului de a gestiona erorile, chiar dacă crește. Prin corectarea erorilor de pe suprafețe mai mari, arhitectura nu numai că devine mai eficientă, ci și mai compactă. Aceasta înseamnă că necesită mai puțini qubiți fizici pentru a stabiliza sistemul, eliberând mai multe resurse pentru calcule și reducând dimensiunea totală a computerelor cuantice.
Această inovație deschide calea pentru un concept mult așteptat: cel al sistemelor de memorie cuantică fiabile și compacte, adesea poreclit hard disk-uri cuantice. Aceste dispozitive ar putea stoca cantități masive de date cuantice reducând în același timp pierderile legate de erori. Acest lucru ar permite nu numai păstrarea informațiilor cuantice pe perioade lungi de timp, ci și transferul eficient între diferite sisteme. Aplicațiile potențiale ale acestei tehnologii sunt vaste. În criptografie, ar putea consolida securitatea datelor împotriva viitoarelor atacuri cibernetice. În cercetarea științifică, ar face posibilă simularea unor molecule complexe cu o precizie inegalabilă, ceea ce ar accelera dezvoltarea de noi materiale sau medicamente. În plus, progresele în stocarea și manipularea datelor cuantice ar putea transforma industrii întregi, de la comunicații la inteligența artificială.
Deși acest progres este major, nu marchează decât începutul drumului. După cum explică Dominic Williamson, unul dintre autorii principali ai studiului, rămân multe provocări care trebuie depășite, înainte de a putea construi un computer cuantic universal complet funcțional. Aceste mașini, capabile să efectueze orice tip de calcul, vor necesita sisteme și mai robuste și mai eficiente pentru a gestiona qubiții și datele pe care îi conțin.
Cu toate acestea, această nouă arhitectură este un pas decisiv. Prin reducerea numărului de qubiți necesari pentru a corecta erorile, eliberează resurse care pot fi alocate calculelor complexe, aducând calculatoarele cuantice mai aproape de adevăratul lor potențial.
