Microsoft ogłosił przełom w dziedzinie komputerów kwantowych

Gdyby się to udało, możliwe stałoby się wykonanie w skończonym czasie obliczeń, którym nie dają rady nawet najpotężniejsze superkomputery. Przewaga komputerów kwantowych wynika z odmiennego sposobu przechowywania informacji.

Komputery kwantowe a współczesne komputery

W klasycznym komputerze jednostką informacji jest bit, który może przyjmować tylko dwie wartości. Fizyczną realizację bitu stanowi zatem układ, który ma dwa stany – mógłby to być nawet włącznik światła, choć we współczesnych komputerach wykorzystuje się tranzystory. Kwantowym odpowiednikiem bitu jest kubit, który może przebywać w swoiście kwantowym stanie superpozycji między dwoma stanami. W praktyce kubit może przyjmować wartość nie tylko zera lub jedynki, ale też rozmaitych liczb między nimi.

Naukowcy znają wiele sposobów na fizyczną implementację kubitu, jak odpowiednio przygotowane fotony, obwody nadprzewodnikowe czy jony umieszczone w elektromagnetycznych pułapkach. Zespół Microsoftu chce oprzeć swój komputer kwantowy na tzw. kubitach topologicznych, czyli układach cząstek o własnościach gwarantujących większą stabilność w porównaniu z innymi implementacjami. To istotna zaleta, bo stan kubitu potrzebny do prowadzenia obliczeń może zostać zniszczony przez trudne do wyeliminowania zakłócenia, do których należy wszechobecne promieniowanie elektromagnetyczne czy drgania cząstek związane z temperaturą.

Czy układ kwantowy Microsoftu będzie użyteczny

To właśnie stworzenie fizycznej realizacji kubitu topologicznego w materiale zwanym nadprzewodnikiem topologicznym udało się niedawno badaczom z Microsoftu. To znaczące osiągnięcie, ale oświadczenie firmy spotkało się ze sceptycyzmem. Krytycy przypominają, że w 2018 r. grupa związana z Microsoftem pochwaliła się zaobserwowaniem fermionu Majorany – układu cząstek, z którego składają się topologiczne kubity. Publikacja została wycofana trzy lata później, gdy w analizie danych zauważono błędy.

Z kolei Steven Simon z Uniwersytetu Oksfordzkiego zwraca uwagę, że zaprezentowane dotychczas wyniki nie dowodzą, iż nowe kubity Microsoftu rzeczywiście są topologiczne. Dowodem tych własności byłoby przeprowadzenie obliczeń z użyciem wielu kubitów. A im więcej kubitów, tym więcej trudności, bo wszystkie muszą jednocześnie pozostać w przygotowanym stanie. Liczba kubitów, której są w stanie używać do obliczeń istniejące komputery kwantowe, jest rzędu stu. Szacuje się, że do rozwiązania użytecznego komercyjnie problemu potrzeba miliona.