Fujitsu i QuTech, wiodący instytut badawczy w dziedzinie technologii kwantowych przy TU Delft, ogłosiły przełomowe osiągnięcie w dziedzinie obliczeń kwantowych. Firmy poinformowały o osiągnięciu prawdopodobieństwa błędu poniżej 0,1 procent w pełnym zestawie uniwersalnych portów kwantowych opartych na kubitach spinu diamentu. Ten wynik, przekraczający próg kwantowej korekcji błędów, stanowi istotny krok w kierunku budowy praktycznych, odpornych na błędy komputerów kwantowych.
Precyzja na poziomie 99,9% wierności
Kluczem do sukcesu okazało się wykorzystanie kryształów diamentowych o wyjątkowo niskim stężeniu izotopów węgla-13. Takie podejście pozwoliło na znaczące zredukowanie zakłóceń środowiskowych, co bezpośrednio przełożyło się na poprawę stabilności kubitów. Kubity w tym systemie są konstruowane wokół centrów NV (azot-wakancja) w diamentach, gdzie spin elektronu i jądra azotu służą jako podstawowe jednostki informacji kwantowej.
Zespół badawczy zastosował zaawansowaną technikę tomografii bramek, umożliwiającą szczegółową analizę parametrów błędów portów kwantowych. Połączenie wysokiej czystości materiałów, precyzyjnej kontroli impulsów i zaawansowanych metod pomiarowych zaowocowało osiągnięciem wierności operacji kwantowych na poziomie powyżej 99,9 procent, zarówno dla operacji jedno-, jak i dwukubitowych. Ten poziom precyzji jest kluczowy, ponieważ przekracza próg korekcji błędów, uważany za niezbędny do budowy skalowalnych i niezawodnych komputerów kwantowych.
Zalety kubitów spinowych w diamencie
Badacze podkreślają, że kubity spinowe w diamentach oferują szereg istotnych zalet w porównaniu z innymi platformami kwantowymi. Charakteryzują się mniejszą wrażliwością na zakłócenia zewnętrzne, co przekłada się na dłuższą koherencję (czas utrzymywania informacji kwantowej). Co istotne, mogą pracować w relatywnie wyższych temperaturach, co potencjalnie upraszcza wymagania dotyczące chłodzenia systemów kwantowych. Dodatkowo, kubity diamentowe umożliwiają połączenia optyczne za pomocą fotonów, co otwiera perspektywy dla budowy skalowalnych systemów i sieci komputerów kwantowych.
Dalsze kroki w kierunku komputera kwantowego
Fujitsu i QuTech planują kontynuować współpracę, koncentrując się na zwiększeniu liczby kubitów, opracowaniu niezawodnych połączeń optycznych oraz zaawansowanych obwodów sterujących. Długoterminowym celem jest zbudowanie prototypu diamentowego komputera spinowo-kwantowego. Istotnym elementem strategii jest integracja z technologią krio-CMOS, która jest szczególnie obiecująca dla zastosowań w niskich temperaturach, typowych dla obliczeń kwantowych.
Osiągnięcie Fujitsu i QuTech ma istotne implikacje dla przyszłości obliczeń kwantowych i potencjalnie dla całej branży IT. Przekroczenie progu korekcji błędów jest kluczowym krokiem w kierunku praktycznych zastosowań technologii kwantowych. Chociaż do zbudowania w pełni funkcjonalnego, uniwersalnego komputera kwantowego wciąż daleka droga, ten postęp przybliża nas do realizacji tego celu.
Potencjalne zastosowania obliczeń kwantowych są ogromne i obejmują m.in. odkrywanie nowych leków i materiałów, optymalizację złożonych systemów logistycznych, rozwój sztucznej inteligencji oraz przełamywanie obecnych metod szyfrowania. Branża IT powinna uważnie śledzić rozwój tej technologii, ponieważ może ona zrewolucjonizować wiele dziedzin i stworzyć nowe możliwości biznesowe.
