Фізики відкрили частинку, що вирішує головну проблему квантових комп’ютерів

Вчені з Університету Південної Каліфорнії зробили важливе відкриття, яке може наблизити створення надпотужних квантових комп’ютерів. Дослідники показали, що додавання однієї нової частинки може розв’язувати ключову проблему квантових обчислень. Квантові комп’ютери обіцяють розв’язувати складні задачі значно швидше за звичайні комп’ютери, однак їхні основні елементи — кубіти — дуже нестабільні та легко втрачають інформацію через найменші збурення.

Одним зі способів розв’язання цієї проблеми є використання спеціальних частинок — аніонів. Коли вони рухаються одна навколо одної, їхні квантові стани змінюються передбачуваним чином у процесі, який нагадує плетіння кіс. Науковці давно вивчали Ізінґівські аніони, які можуть зберігати квантову інформацію стабільніше за звичайні кубіти. Проблема полягала в тому, що ці частинки могли виконувати лише обмежений набір операцій — недостатньо для створення повноцінного квантового комп’ютера.

Команда з USC виявила рішення: додавання ще одного типу частинки, яку вони назвали “неглектон”. Ця частинка раніше ігнорувалася науковцями, оскільки здавалася непотрібною в чинних математичних моделях. Дослідження, опубліковане в журналі Nature Com­mu­ni­ca­tions, показало, що поєднання Ізінґівських аніонів з неглектоном дозволяє виконувати будь-які квантові операції, що означає можливість створення повноцінного квантового комп’ютера на основі топологічних принципів.

Головний виклик полягав у математичних проблемах нової теорії. Використання неглектона вимагало застосування математичних моделей, які порушували основні принципи квантової механіки. Дослідники знайшли спосіб обійти цю проблему, ізолювавши проблемні частини від самого процесу обчислення. Топологічні квантові обчислення можуть бути менш схильними до помилок, оскільки інформація зберігається в геометричних властивостях частинок.

Професор USC Аарон Лауда зазначив, що наступним кроком є знаходження матеріалів, де можна створити та контролювати неглектони. Якщо експериментаторам вдасться реалізувати цю додаткову частинку в реальних системах, Ізінґівські системи зможуть розкрити повний потенціал універсальних квантових обчислень. Це відкриття може стати важливим кроком до створення практичних квантових комп’ютерів для розв’язання реальних проблем у криптографії, розробці матеріалів та медичних препаратів.