Žodis „teleportacija“ skamba kaip kažkas iš mokslinės fantastikos filmo, bet šį kartą kalbama apie visiškai realias laboratorijas, kabelius ir lazerius. Oksfordo universiteto komanda sugebėjo priversti du atskirus kvantinius procesorius dirbti taip, tarsi jie būtų vienas, naudodama logines vartus, kurie yra pagrindinės bet kurio algoritmo operacijos, teleportacijos. Rezultatai paskelbti mokslo žurnale „Nature“ ir pateikti oficialiame universiteto pranešime.
Trumpai tariant, fizikai sujungė du nedidelius kvantinius „modulius“ naudodami optinius skaidulus ir šviesą, suformuodami vieną paskirstytą kvantinį kompiuterį. Ši architektūra tiesiogiai sprendžia pagrindinę šio sektoriaus problemą – masto keitimą. Vietoj to, kad milijonai kubitų būtų įdėti į vieną didžiulę mašiną, sujungiami daug mažesni įrenginiai, kaip tai daroma šiandien su klasikiniais superkompiuteriais.
Kas tiksliai buvo pasiekta laboratorijoje? Kiekviename modulyje yra uždaryti jonai, kurie veikia kaip kubitai. Kai kurie iš jų skirti tinklui, kiti – skaičiavimams. Mokslininkai sukuria kvantinę painiavą tarp jų naudodami fotonus kaip „nematomą siūlą“, jungiantį du procesorius. Per šį ryšį jie atlieka kontrolinio Z-šliuzo teleportaciją, kvantinę operaciją tarp dviejų kubitų, esančių skirtinguose moduliuose, su beveik 86 % tikslumu, o tai yra labai aukštas rodiklis tokio tipo eksperimentams.
Čia verta paaiškinti, kad niekas nėra teleportuojamas, niekas nėra perkeltas iš vienos vietos į kitą. „Perkeliama“ kvantinė informacija, loginis ventiliacijos veiksmas, kuris atsiranda antrajame procesoriuje be fizinio kvantinių bitų perkėlimo. Tai yra vadinamojo paskirstytojo kvantinio skaičiavimo pagrindas.
Norėdama įrodyti, kad tai nebuvo tik izoliuotas triukas, komanda paskirstytu būdu paleido visą algoritmą, žinomą kaip Groverio paieška, kuris naudojamas elementui surasti nesusistemintoje duomenų bazėje, atlikdama daug mažiau operacijų nei įprastas kompiuteris. Sistema gavo teisingą rezultatą maždaug 71 % atvejų, o tai yra pakankamai, kad įrodyti, jog šis metodas veikia ir kad keletas „nelokalių“ vartų gali būti sujungti tarp nutolusių modulių.
Ir dabar pagrindinis klausimas. Koks visų šių dalykų ryšys su aplinka, klimatu ar tvarumu, apie kuriuos kalbame kasdien? Didesnis, nei atrodo iš pirmo žvilgsnio. Daugelis ekologinių problemų priklauso nuo didžiulių skaičiavimų. Nuo aukštos skiriamosios gebos klimato modelių iki naujų baterijų medžiagų projektavimo ar elektros tinklų, kuriuose naudojama daug atsinaujinančios energijos, optimizavimo.
Šiandien šias užduotis atlieka superkompiuteriai ir dideli duomenų centrai, kurie sunaudoja milžinišką energijos kiekį. Klimato ir kvantinių skaičiavimų ekspertai pažymi, kad ateityje didelio masto kvantiniai kompiuteriai galės papildyti klasikinės sistemos ir pagreitinti labai sudėtingus modeliavimus, pavyzdžiui, sprendžiant lygtis, apibūdinančias atmosferą ar vandenyną, arba reguliuojant tūkstančius parametrų klimato modelyje, nesukeliant elektros energijos suvartojimo šuolio duomenų apdorojimo centre.
Energijos sektoriuje jau matomi požymiai, kur tai gali nuvesti. Įmonės išbandė kvantinius ir „kvantais įkvėptus“ algoritmus, kad nuspręstų, kur tinkle įrengti didelius akumuliatorius ir kaip geriausiai valdyti įtampą, o tai yra labai svarbu, nes prijungiama vis daugiau saulės baterijų ir vėjo turbinų. Šie bandomieji projektai rodo, kad kvantinė optimizacija gali padėti sukurti stabilesnius tinklus, kuriuose bus daugiau atsinaujinančių energijos šaltinių ir kurie nesukels staigaus elektros energijos sąskaitų augimo.
Be to, keli tyrimai rodo, kad kvantiniai skaičiavimai gali tapti dar viena uždaresnio ekonominio modelio sudedamąja dalimi. Patobulinti algoritmai leistų mažiau naudoti išteklių, sumažinti atliekų kiekį ir padidinti pramoninių procesų efektyvumą, su sąlyga, kad kuriant įrangą taip pat bus atsižvelgiama į energijos efektyvumo kriterijus.
Vis dėlto verta šiek tiek nuraminti savo entuziazmą. Šiuolaikiniai kompiuteriai yra maži ir labai trapi. Kalbama apie keletą aukštos kokybės kubitų ir sistemų, kurioms reikalinga kriogenika, labai stabilūs lazeriai ir aukštos specializacijos įranga.
Pati Oksfordo komanda pažymi, kad šių prototipų pritaikymas sistemoms, galinčioms spręsti realias klimato ar energetikos problemas, dar daugelį metų išliks didžiulis techninis iššūkis.
Galiausiai, šis eksperimentas rodo, kad trūkstama dalis, jungiantis kelis kvantinius kompiuterius, tarsi jie būtų vienas, nebėra tik idėja popieriuje. Ji veikia laboratorijoje ir su paprastais algoritmais. Kitas žingsnis bus pridėti daugiau modulių, sumažinti klaidų skaičių ir pradėti testuoti programas, svarbias kasdieniame gyvenime, nuo švaresnių elektros tinklų iki tikslesnių klimato modelių, kurie padeda prognozuoti karščio bangas, sausras ar uraganus.
Originalus mokslinis tyrimas, pavadintas „Distributed Quantum Computing across an Optical Network Link“ (Kvantinių skaičiavimų paskirstymas optiniu tinklo ryšiu), buvo paskelbtas žurnale „Nature“.
