Σε επιστημονικό άρθρο που δημοσιεύτηκε την Τρίτη (1η Ιουνίου 2021) στο Physical Review X, ερευνητές του Πανεπιστημίου της Αριζόνα στις ΗΠΑ, δείχνουν πειραματικά πως τα κβαντικά συστήματα έχουν όντως πλεονέκτημα έναντι των κλασικών υπολογιστικών συστημάτων.
«Η επίδειξη ενός κβαντικού πλεονεκτήματος είναι ένας στόχος που επιδιωκόταν εδώ και πολύ καιρό στην κοινότητα, και πολύ λίγα πειράματα ήταν σε θέση να το επιδείξουν» είπε ο Ζεσέν Ζανγκ, ένας εκ των συντελεστών του άρθρου και επίκουρος καθηγητής επιστήμης και μηχανολογίας υλικών. «Επιδιώκουμε να επιδείξουμε πώς μπορούμε να αξιοποιήσουμε την κβαντική τεχνολογία που ήδη υπάρχει για να επωφεληθούν εφαρμογές στον πραγματικό κόσμο».
Οι κβαντικοί υπολογιστές και οι άλλες κβαντικές διαδικασίες βασίζονται σε μικροσκοπικές, ισχυρές μονάδες πληροφορίας, τα qubits. Ο συμβατικοί σημερινοί υπολογιστές λειτουργούν με bits, που υπάρχουν σε τιμές 0 ή 1, μα τα qubits είναι ικανά να έχουν και τις δύο τιμές ταυτόχρονα. Αυτή η δυαδικότητα τα καθιστά ισχυρά μα και εύθραυστα, καθώς κινδυνεύουν να καταρρεύσουν χωρίς προειδοποίηση, καθιστώντας ιδιαίτερα σημαντική μια διαδικασία ονόματι error correction, διόρθωση λάθους.
Ο κβαντικός κλάδος αυτή τη στιγμή βρίσκεται σε μια εποχή την οποία ο φυσικός Τζον Πρέσκιλ χαρακτήρισε «NISQ», noisy intermediate scale quantum. Στην εποχή αυτή οι κβαντικοί υπολογιστές μπορούν να πραγματοποιούν εργασίες που απαιτούν μόνο από 50 μέχρι και μερικές εκατοντάδες qubits, αν και με σημαντική ποσότητα «θορύβου», ή παρεμβολών. Εάν υπάρξει παραπάνω από αυτό, ο «θόρυβος» ξεπερνά τη χρησιμότητα, προκαλώντας κατάρρευση. Θεωρείται ευρέως πως από 10.000 μέχρι αρκετά εκατομμύρια qubits θα χρειάζονταν για να εξυπηρετήσουν πρακτικά χρήσιμες κβαντικές εφαρμογές.
Στο συγκεκριμένο πείραμα χρησιμοποιήθηκε ένα μείγμα τόσο κλασικών όσο και κβαντικών τεχνικών. Ειδικότερα, χρησιμοποιήθηκαν τρεις αισθητήρες για την καταχώρηση του μέσου εύρους και γωνίας των σημάτων ραδιοσυχνοτήτων. Οι αισθητήρες ήταν εξοπλισμένοι με άλλον έναν κβαντικό «πόρο», τη διεμπλοκή (entanglement), που επιτρέπει τον διαμοιρασμό πληροφορίας μεταξύ τους, και παρέχει δύο σημαντικά οφέλη: Πρώτον βελτιώνει την ευαισθησία των αισθητήρων και μειώνει λάθη και δεύτερον, επειδή είναι σε διεμπλοκή, οι αισθητήρες αξιολογούν οικουμενικές ιδιότητες αντί να συλλέγουν δεδομένα για συγκεκριμένα τμήματα ενός συστήματος.
Το πείραμα έδειξε ότι το «προίκισμα» των αισθητήρων με κβαντική διεμπλοκή τους έδωσε πλεονέκτημα έναντι κλασικών αισθητήρων, μειώνοντας την πιθανότητα λάθους σε μικρό, μα κρίσιμης σημασίας βαθμό.
«Η ιδέα της χρήσης διεμπλοκής για τη βελτίωση αισθητήρων δεν περιορίζεται σε έναν συγκεκριμένο τύπο αισθητήρα, οπότε θα μπορούσε να χρησιμοποιείται για ένα εύρος διαφορετικών εφαρμογών, αρκεί να έχεις τον εξοπλισμό για να προκαλέσεις διεμπλοκή στους αισθητήρες» είπε άλλος ένας εκ των ερευνητών, ο Κουντάο Ζουάνγκ, επίκουρος καθηγητής ηλεκτρολόγων μηχανικών/ μηχανικών υπολογιστών και principal investigator του Quantum Information Theory Group. «Στη θεωρία, θα μπορούσες να εξετάσεις εφαρμογές σαν το lidar για αυτόνομα οχήματα, για παράδειγμα».
