Kvantni računalniki hitro »pozabijo« svoje delo

Raziskovalci so prišli do spoznanja, da kvantni sistemi zaradi vpliva šuma izgubljajo svojo kompleksnost hitreje, kot je bilo predvideno. Nova študija kaže, da v globokih kvantnih vezjih le zadnji koraki dejansko vplivajo na končni rezultat, medtem ko prejšnje operacije postanejo nepomembne. To odkritje postavlja pod vprašaj prihodnost povečevanja zmogljivosti trenutnih kvantnih naprav brez drastičnih izboljšav pri odpravljanju napak.

Kvantno računalništvo obljublja reševanje problemov, ki so za klasične superračunalnike nedosegljivi, vendar se nova teoretična študija sooča s kruto realnostjo vpliva okolja na te občutljive sisteme. Znanstveniki s švicarskega inštituta EPFL so namreč ugotovili, da šum v kvantnih vezjih povzroči postopno »bledenje« oziroma brisanje informacij iz prejšnjih faz računanja. Namesto da bi vezja z dodajanjem plasti postajala močnejša, se v praksi obnašajo presenetljivo preprosto, skoraj kot plitva vezja, kjer štejejo le zadnji koraki.

Raziskovalna skupina je s pomočjo matematične analize sledila vplivu vsake plasti v kompleksnih kvantnih vezjih. Rezultati so razkrili, da v večini današnjih kvantnih strojev vpliv zgodnjih operacij izgine, preden se izvede končna meritev. To pomeni, da preprosto dodajanje večjega števila operacij (povečevanje globine vezja) ne prinaša pričakovanih prednosti, če sistemi niso popolnoma izolirani pred zunanjimi motnjami. Šum namreč deluje kot nekakšna »pozabljivost«, ki izbriše zgodovino izračuna.

Študija pojasnjuje tudi, zakaj je nekatere kvantne algoritme še vedno mogoče »trenirati« kljub prisotnosti šuma. Razlog ni v njihovi dejanski kompleksnosti, temveč v dejstvu, da končne plasti vezja ostanejo aktivne in odzivne. Vendar pa takšna »navidezna« zmogljivost vodi do nerealnih pričakovanj o tem, kaj trenutni kvantni računalniki dejansko zmorejo. Ker šum zmanjša učinkovito kompleksnost sistema, postanejo deli teh vezij celo lažje simulirani z navadnimi klasičnimi računalniki, kar izniči glavno prednost kvantne tehnologije.

To delo ponuja jasnejšo sliko za prihodnji razvoj. Namesto osredotočanja zgolj na število kubitov in globino vezij, se bodo morali inženirji usmeriti v radikalno zmanjšanje šuma ali oblikovanje takšnih algoritmov, ki so na te motnje odpornejši. Brez teh korakov bodo kvantni računalniki ostali omejeni na opravila, ki ne zahtevajo dolgih in kompleksnih zaporedij operacij, s čimer se oddaljujejo od obljubljene prevlade nad klasično strojno opremo.