Οι κβαντικοί υπολογιστές υπάρχουν ήδη, αλλά κάνουν πολύ περισσότερα λάθη από ό,τι επιτρέπεται για να είναι πραγματικά χρήσιμοι. Η διόρθωση αυτών των σφαλμάτων είναι το μεγαλύτερο τεχνικό εμπόδιο της κβαντικής υπολογιστικής — και τα τελευταία χρόνια, για πρώτη φορά, η θεωρία και η πράξη αρχίζουν να συναντιούνται.
Σε έναν κλασικό υπολογιστή, τα λάθη αντιμετωπίζονται με μια απλή αρχή: πλεονασμός. Χρησιμοποιείς επιπλέον bits για να εντοπίσεις πότε ένα 0 έγινε κατά λάθος 1 ή το αντίστροφο, και το διορθώνεις. Στον κβαντικό κόσμο, όμως, αυτή η λογική σπάει από τα θεμέλια. Οι νόμοι της κβαντομηχανικής απαγορεύουν την αντιγραφή πληροφορίας μέσα σε έναν κβαντικό υπολογιστή. Άρα δεν μπορείς απλώς να κρατάς αντίγραφα ασφαλείας.
Αντ’ αυτού, οι ερευνητές αναγκάζονται να κατανέμουν την πληροφορία σε ομάδες από qubits — τα δομικά στοιχεία των κβαντικών υπολογιστών — εκμεταλλευόμενοι φαινόμενα που υπάρχουν μόνο στον κβαντικό κόσμο, όπως η κβαντική συνεπλοκή, δηλαδή η σύνδεση δύο σωματιδίων έτσι ώστε η κατάσταση του ενός να επηρεάζει άμεσα την κατάσταση του άλλου. Αυτές οι ομάδες qubits ονομάζονται λογικά qubits και ο τρόπος που τα φτιάχνεις καθορίζει πόσο αξιόπιστος θα είναι ο υπολογιστής σου.
Το πρόβλημα ήταν πάντα ότι χρειαζόσουν πολλά φυσικά qubits για να φτιάξεις ένα μόνο λογικό — κάτι που κάνει τους υπολογιστές ακριβούς και δύσκολους στην κατασκευή. Πρόσφατα, όμως, ερευνητές από τη Διεθνή Κβαντική Ακαδημία στην Κίνα έδειξαν ότι αυτό δεν είναι αναπόφευκτο. Με μόλις δύο υπεραγώγιμα qubits και έναν μικροσκοπικό συντονιστή, κατάφεραν να φτιάξουν ένα λογικό qubit που κάνει λιγότερα λάθη και μπορεί να τα εντοπίζει μόνο του. Στη συνέχεια έδειξαν πώς τρία τέτοια qubits μπορούν να συνδυαστούν μέσω κβαντικής συνεπλοκής για να αυξηθεί η υπολογιστική ισχύς χωρίς να εισάγονται νέα σφάλματα.
Παράλληλα, η ομάδα του Robert Schoelkopf στο Yale κατάφερε να εκτελέσει βασικές λειτουργίες κβαντικών προγραμμάτων με εξαιρετικά χαμηλά ποσοστά σφάλματος — σε ορισμένες περιπτώσεις, ένα λάθος εμφανίζεται μόλις μία φορά σε ένα εκατομμύριο χειρισμούς qubit. Ακόμα και αν αυτές οι μέθοδοι πιάνουν τα περισσότερα λάθη, ένας χρήσιμος κβαντικός υπολογιστής θα χρειαστεί χιλιάδες λογικά qubits — οπότε κάποια σφάλματα θα συνεχίσουν να γλιστρούν. Για αυτό, ερευνητές από τη startup Quantum Elements δοκίμασαν μια επιπλέον στρώση προστασίας: αντί να αφήνουν τα qubits αδρανή — κάτι που τα κάνει να χάνουν τις κβαντικές τους ιδιότητες — τους δίνουν τακτικά «σπρωξίματα» ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας, δημιουργώντας έτσι την πιο αξιόπιστη κβαντική συνεπλοκή μεταξύ λογικών qubits που έχει καταγραφεί μέχρι σήμερα.
Η επιλογή του σωστού τρόπου κατασκευής λογικών qubits δεν είναι απλώς τεχνική λεπτομέρεια — επηρεάζει άμεσα την ακρίβεια των υπολογισμών. Σε έρευνα της εταιρείας Quantinuum, διαπιστώθηκε ότι για τον υπολογισμό της ελάχιστης ενέργειας ενός μορίου υδρογόνου, οι βασικές μέθοδοι διόρθωσης σφαλμάτων δεν επαρκούν — χρειάζεται πιο εξελιγμένη προσέγγιση. Αυτό δείχνει ότι η καινοτομία στα προγράμματα διόρθωσης σφαλμάτων θα είναι καθοριστική για το αν οι κβαντικοί υπολογιστές θα αποδειχθούν πραγματικά χρήσιμοι ή θα παραμείνουν εντυπωσιακά αλλά ατελή εργαλεία. Βρισκόμαστε ακόμα στη φάση όπου οι ερευνητές μαθαίνουν πώς συνδέονται όλα τα κομμάτια — αλλά για πρώτη φορά, τα θεμέλια αρχίζουν να φαίνονται.
