Kvantinė ateitis matoma… tiesiogine to žodžio prasme

Kvantinių technologijų pritaikymas labai masina ir jau demonstruoja reikšmingą įtaką – ypatingai jutiklių ir metrologijos srityse. O galimybė kurti kvantiniais bitais kitaip – kubitais – paremtus ypatingai galingus kvantinius kompiuterius, sulaukia investicijų iš didžiausių pasaulio kompanijų.

Tačiau patikimų kvantinių technologijų kūrimui kelią vis užkerta aplinkos trikdžių sukeliamas kvantinių sistemų nestabilumas, dekoherencija, kuri praktiškai sunaikina naudingas kvantines savybes.

Stengdamiesi išspręsti šią kebeknę, fizikai, panaudodami „didžiųjų duomenų“ techniką, prognozavo, kaip kvantinės sistemos kis ir užkirto kelią sistemos suirimui.

Tyrimas publikuotas Nature Communications.

„Panašiai kaip mobiliojo telefono komponentai anksčiau ar vėliau sugenda, tas pats nutinka ir kvantinėms sistemoms,“ sakė straipsnio vyr. autorius, profesorius Michael J. Biercuk.

„Bet kvantinių technologijų sistemų gyvavimo laikas paprastai matuojamas sekundžių dalimis, o ne metais.“

Profesorius Biercukas iš Sidnio universiteto Fizikos mokyklos ir Australijos mokslo tarybos Dirbtinių kvantinių sistemų centro vyr. tyrėjas, sakė, kad jo grupė pademonstravo, kad dekoherencijos įmanoma išvengti iš anksto. Svarbiausia buvo sukurti sistemos dezintegracijos numatymo techniką.

Profesorius Biercukas išdėstė kvantų pasaulio įvykių prognozavimo sunkumus: „Žmonės nuolat naudoja prevencinę techniką kasdieniame gyvenime; pavyzdžiui, žaisdami tenisą, numatome, kur kamuoliukas nukris, remdamiesi skriejančio kamuoliuko stebėjimu,“ sakė jis.

„Galime tai atlikti, kadangi kamuoliuko judėjimą valdančios taisyklės, tarkime, gravitacija, yra pastovios ir žinomos. O jeigu kamuoliukui lekiant, taisyklės kinta atsitiktine tvarka? Tada praktiškai neįmanoma nuspėti kamuoliuko būsimo elgesio.

„Tačiau būtent su tokia situacija ir tenka tvarkytis, nes kvantinių sistemų dezintegracija yra atsitiktinė. Negana to, kvantų pasaulyje stebėjimas kvantiškumą panaikina, tad mūsų komandai reikėjo nuspėti, kaip ir kada sistema suirs.

„Vaizdžiai šnekant, turėjome atmušti nuolat atsitiktine tvarka skriejimą keičiantį kamuoliuką užrištomis akimis.“

Siekdama išlaikyti kvantines sistemas – iš laikomų atomų sukurtų kubitų – komanda žvilgsnį nukreipė mašininį mokymąsi.

Iš pirmo žvilgsnio atrodančiame atsitiktiniame elgesyje pakako informacijos, kad kompiuterio programa galėtų nuspėti, kaip sistema pasikeis ateityje. Taip ji galėjo numatyti ateitį be tiesioginio stebėjimo, kuris sunaikintų sistemos naudingas savybes.

Prognozės buvo stulbinančiai tikslios, tad komanda numatomus pokyčius galėjo kompensuoti.

Atlikdama tai „tiesioginiame eteryje“, komanda galėjo užbėgti sistemos suirimui už akių ir tokiu būdu pratęsti naudingą kubitų gyvavimo laiką.

„Žinome, kad tikrų kvantinių technologijų kūrimui dar reikės gerokai patobulinti kubitų kontroliavimą ir stabilizavimą – kad jie galėtų būti naudingi,“ sakė profesorius Biercukas.

Mūsų technika tinka bet kokiam kubitui, sukurtam bet kokia technologija, įskaitant ir specialius superlaidžius grandynus, kuriuos naudoja didžiosios korporacijos.

„Džiaugiamės vystydami naujas gebėjimus, kvantines sistemas iš naujų žaisliukų verčiančių naudinga technologija. Kvantinė ateitis atrodo vis geriau,“ sakė prof. Biercukas.

phys.org

Daugiau informacijos:Nature Communications, DOI: 10.1038/NCOMMS14106
Žurnalo nuoroda:Nature Communications
Pateikė: University of Sydney