Jutro začenjamo pri kvantnih čipih. Mednarodna raziskovalna skupina je na kvantnem čipu z devetinštiridesetimi superprevodnimi kubiti implementirala novo strategijo za pripravo prepletenih večdelčnih stanj. Njene ugotovitve so za zdaj na voljo na strežniku prednatisov arXiv.

Eden izmed osnovnih stebrov kvantnega računalništva je zmožnost priprave mnogodelčnega stanja, s katerim izvedemo določen algoritem. Trenutno je kubite mogoče pripraviti v želeno mnogodelčno začetno stanje denimo s počasnim usmerjanjem simuliranega sistema v tarčno konfiguracijo. Izbrana je tako, da je želeno večdelčno stanje v njej osnovno stanje, torej ima od vseh stanj najmanjšo energijo. Ta metoda odpove za sisteme, pri katerih osnovno stanje od preostalih ločuje energijska reža, saj v tem primeru vzbujenih stanj ni mogoče počasi deformirati v osnovno stanje. Edina alternativa je variacijski pristop, ki vključuje veliko mero ugibanja in neučinkovite ter počasne optimizacije.

Mednarodna skupina se je osredotočila na povsem drugačen način priprave mnogodelčnih stanj z uporabo disipácije. Kvantni čip z devetinštiridesetimi superprevodnimi kubiti so razdelili na sistem in okolico. Na izbrano stanje so tako ciljali samo z dobro polovico fizičnih kubitov. Preostanek kubitov, ki so predstavljali okolico, pa so uporabili kot orodje. Najprej so oba, sistem in okolico, postavili v naključna enodelčna stanja in nato simulirali časovni razvoj v sistemu, sistem in okolico pa sklopili. Metoda je bila sicer prvič predlagana že leta 2009, vendar so jo tokrat uspešno izvedli šele prvič.

Glavni tehnični napredek, ki je omogočil izrabo disipativne sklopitve z okoljem za pripravo kvantnih stanj, je hitro ponastavljanje kubitov okolice. Z vsako ponastavitvijo so kubiti okolice zasedli svoje enodelčno osnovno stanje in s tem zmanjšali celotno energijo sistema plus okolice. Med časovnim razvojem se je zaradi medsebojne sklopitve sistem ohlajal ter se bližal minimumu energije. Pomembno je še, da je sistem poleg ohlajanja med časovnim razvojem ohranil kvantno naravo. Zato je lahko razvil kvantne korelacije in sčasoma namesto klasičnemu postal bolj podoben kvantnemu mnogodelčnemu osnovnemu stanju simuliranega modela.

Strategijo so preverili na paradigmatskem modelu s tridesetimi kubiti in dosegli dobro ujemanje z znanimi teoretskimi rezultati, vključno s kvantnim faznim prehodom. Za primerjavo, na klasičnem računalniku lahko za ta model simuliramo največ dvaindvajset kubitov. Končno stanje sicer ni povsem doseglo energije osnovnega stanja, torej napake pri simulaciji še vedno predstavljajo omejitev za pripravo poljubnih kvantnih stanj. V primerjavi z drugimi znanimi pristopi pa nova metoda za zdaj kaže bistveno boljše skaliranje s številom kubitov. Zaradi tega se bo verjetno izkazala za posebno uporabno na prihodnji generaciji kvantnih čipov, ki obljubljajo arhitekture z do 600 kubiti.

slika: https://deepai.org/machine-learning-model/text2img