Adesea văzută ca o tehnologie misterioasă și revoluționară, calculul cuantic a atins o piatră de hotar crucială datorită unui progres major în domeniul entanglementului cuantic. Cercetătorii au stabilit un nou record prin obținerea unui entanglement de 24 de qubiți logici, o ispravă care reprezintă un pas decisiv către crearea de calculatoare cuantice fiabile și eficiente. Rezultatul a fost prezentat într-o postare pa baza de preprinturi arXiv.
Calculatoarele clasice funcționează folosind biți, aceste unități de informație care cunosc doar două stări: 0 sau 1. Este simplu, direct și a făcut posibilă crearea lumii digitale pe care o cunoaștem astăzi. Cu toate acestea, pentru a rezolva anumite probleme complexe, cum ar fi simularea moleculelor în chimie sau optimizarea rețelelor logistice gigantice, această simplitate își atinge limitele. Aici intervin qubiții, generați prin manipularea sistemelor fizice la scară atomică sau subatomică. Spre deosebire de biții clasici, qubiții pot fi într-o stare de 0, 1 sau… ambele în același timp datorită unui fenomen numit suprapunere. Imaginați-vă că ați căuta un obiect ascuns într-o cameră: un computer clasic ar trebui să inspecteze fiecare colț unul câte unul, în timp ce un computer cuantic ar putea explora întreaga cameră simultan. Asta nu e tot. Qubiții au o altă proprietate extraordinară: încurcarea. Acest fenomen face posibilă legarea a doi qubiți în așa fel încât indiferent de distanța care îi separă, starea unuia va depinde instantaneu de celălalt. Prin entanglement, calculatoarele cuantice pot rezolva anumite probleme prin exploatarea conexiunilor complexe între qubiți, multiplicând astfel capacitatea lor de calcul mult peste ceea ce este posibil cu sistemele clasice. Această putere imensă deschide perspective revoluționare, dar este însoțită de provocări tehnice majore, în special fragilitatea qubit-urilor și dificultatea de a menține coerența acestora.
Qubiții sunt incredibil de sensibil. Ei își pot pierde starea într-o fracțiune de secundă din cauza zgomotului, vibrațiilor sau chiar a unor perturbări electrice minime. Această pierdere de stabilitate, numită pierdere de consistență, face calculele să fie imprecise sau chiar inutilizabile. Entanglementul, unul dintre elementele cheie în modul în care funcționează computerele cuantice, este la fel de fragil. Entanglementul leagă qubiții în așa fel încât starea unuia depinde direct de cea a celuilalt, chiar și de la distanță. Fără această încurcătură cuantică, un computer cuantic este doar o mașină scumpă și ineficientă. Pentru a face aceste mașini operaționale, cercetătorii au trebuit să găsească soluții pentru a proteja qubiții de erori. Aici intră în joc qubiții logici. Imaginează-ți că scrii o propoziție importantă. Dacă o literă este ștearsă, restul textului poate da în continuare sens mesajului tău. Qubiții logici funcționează pe un principiu similar. În loc să folosească un qubit izolat pentru a efectua un calcul, ei combină mai mulți qubiți fizici. Această redundanță permite ca erorile să fie detectate și corectate automat, chiar dacă unul sau doi qubiți eșuează. Acest lucru asigură o stabilitate și o precizie mult mai mare, ceea ce face, în sfârșit, calculele cuantice utilizabile.
Cercetătorii au reușit recent sa realizeze entanglementul a 24 de qubiți. Acesta este cel mai mare număr atins vreodată până în prezent. Entanglementul atâtor qubiți logici poate părea o chestie banală pentru cei neinițiați, dar este o reușită tehnică monumentală. Până acum, cercetătorii au avut dificultăți să încurce chiar și o mână dintre ele în timp ce mențineau corectarea erorilor.
Cercetătorii au realizat această performanță printr-o combinație de tehnologii de ultimă oră care fac sistemele cuantice mai stabile și mai fiabile. Pe de o parte, au folosit procesorul cuantic cu atom neutru dezvoltat de Atom Computing. Acest dispozitiv folosește atomi individuali manipulați cu precizie de lasere pentru a stoca și procesa informații. Acești atomi neutri, datorită lipsei lor de sarcină electrică, sunt în mod natural mai rezistenți la perturbațiile externe, făcându-i o bază ideală pentru qubiți stabili. Pe de altă parte, platforma de virtualizare qubit creată de Microsoft a jucat un rol cheie. Acest software sofisticat detectează și corectează erorile în timp real, o provocare majoră în calculul cuantic. Asigurând că qubiții logici rămân fiabili chiar și în timpul calculelor complexe, această tehnologie permite stabilizarea sistemelor cuantice. Sinergia dintre aceste două progrese a permis cercetătorilor să demonstreze că este posibil să se construiască sisteme cuantice tolerante la erori, capabile să funcționeze eficient pe mașini comerciale. Acesta reprezintă un pas important către transformarea calculului cuantic la scară largă în realitate.
Deși calculul cuantic nu este încă la îndemâna publicului larg, implicațiile acestui progres sunt considerabile și ar putea revoluționa mai multe domenii. De exemplu, în chimie și știința materialelor, calculatoarele cuantice ar face posibilă simularea moleculelor complexe cu o precizie fără precedent, ceea ce ar facilita descoperirea de noi medicamente sau materiale revoluționare. În sectorul financiar, acestea ar oferi instrumente puternice pentru optimizarea portofoliilor de investiții și rezolvarea problemelor de modelare financiară care sunt mult prea complexe pentru sistemele actuale. De pe urma acestor utilaje ar beneficia și logistica și optimizarea, capabile să planifice rute sau să perfecționeze lanțurile de aprovizionare la o scară inimaginabilă. Un alt domeniu cheie este criptografia. Calculul cuantic ar putea atât întări securitatea cu sistemele inviolabile, cât și amenință tehnologiile actuale, făcând ca anumiți algoritmi să fie depășiți.
În cele din urmă, aceste computere ar putea juca un rol crucial în accelerarea descoperirilor științifice, deschizând perspective neimaginate anterior în domenii care variază de la fizica fundamentală la inteligența artificială.
