Tato extrémní křehkost může způsobit, že kvantové výpočty vypadají beznadějně. Ale v roce 1995 aplikovaný matematik Peter Shor Objevit Chytrý způsob ukládání kvantových informací. Jeho kódování mělo dvě hlavní charakteristiky. Za prvé, může tolerovat chyby, které ovlivňují pouze jednotlivé qubity. Za druhé, přišel s postupem pro opravu chyb, když se vyskytnou, čímž se zabrání jejich hromadění a vykolejení procesu výpočtu. Shorov objev byl prvním příkladem kvantového kódu pro opravu chyb a jeho klíčové vlastnosti jsou charakteristickými znaky všech takových kódů.
První vlastnost vychází z jednoduchého principu: důvěrné informace jsou méně zranitelné, když jsou rozděleny. Špionážní sítě používají podobnou strategii. Každý špión ví velmi málo o síti jako celku, takže organizace zůstává v bezpečí, i když je chycen jednotlivec. Ale kódy kvantové opravy chyb tuto logiku dovádějí do extrému. V kvantové špionážní síti by žádný špión nevěděl vůbec nic, přesto by spolu věděli hodně.
Každý kód kvantové opravy chyb je specifickým receptem na distribuci kvantové informace napříč mnoha qubity v kolektivní superpozici. Tento postup efektivně převede pole fyzických qubitů na jeden virtuální qubit. Opakujte proces několikrát s velkou sadou qubitů a získáte mnoho virtuálních qubitů, které můžete použít k provádění výpočtů.
Fyzické qubity, které tvoří každý virtuální qubit, jsou jako ti nic netušící kvantoví špióni. Změřte kteroukoli z nich a nebudete vědět nic o stavu virtuálního qubitu, jehož je součástí, vlastnosti zvané místní nerozlišitelnost. Protože každý fyzický qubit nekóduje žádné informace, chyby v jednotlivých qubitech nepoškodí výpočet. Důležité informace jsou tak či onak všude, ale nikde konkrétně.
„Nemůžete to svázat s žádným individuálním qubitem,“ řekl Cubitt.
Všechny kódy kvantové opravy chyb mohou pojmout alespoň jednu chybu bez jakéhokoli dopadu na zakódované informace, ale všechny se nakonec vzdají, když se chyby nahromadí. A zde začíná druhá vlastnost kódů kvantové opravy chyb, kterou je skutečná oprava chyb. To úzce souvisí s místní nerozlišitelností: protože chyby v jednotlivých qubitech nezničí žádné informace, je vždy možné Vraťte jakoukoli chybu Použití zavedených postupů pro každý kód.
Vzato na projížďku
Zhi Li, postdoktorandský výzkumný pracovník na Peripheral Institute for Theoretical Physics ve Waterloo v Kanadě, byl dobře zběhlý v teorii kvantové korekce chyb. Ale když se pustil do rozhovoru se svým kolegou, téma mu ani zdaleka nevadilo Latham Boyle. Byl podzim roku 2022 a oba fyzici byli na večerním raketoplánu z Waterloo do Toronta. Boyle, odborník na necyklické obklady, který v té době žil v Torontu a nyní působí na univerzitě v Edinburghu, byl známou tváří těch raketoplánů, které často uvíznou v hustém provozu.
„Normálně mohou být dost nešťastní,“ řekl Boyle. „Tohle bylo jako vůbec největší.“
Před tím osudným večerem si Lee a Boyle byli navzájem vědomi své práce, ale jejich oblasti výzkumu se přímo nepřekrývaly a nikdy spolu nevedli osobní rozhovor. Ale stejně jako bezpočet výzkumníků v nesouvisejících oborech se Lee zajímal o neperiodické dlaždice. „Je velmi těžké nemít zájem,“ řekl.
Přátelský webový obhájce. Odborník na popkulturu. Bacon ninja. Tvrdý twitterový učenec.
