Hogyan működnek a kvantumszámítógépek?

A kvantumszámítógépek és a klasszikus számítógépek közötti legnagyobb különbség az adatok tárolásának módjában rejlik. Míg a hagyományos számítógépek biteket használnak, amelyek 0 vagy 1 értéket képviselnek, addig a kvantumszámítógépek kvantumbiteket (qubiteket), amelyek elemi részecskék, például elektronok vagy fotonok segítségével működnek. A kvantummechanikai tulajdonságoknak köszönhetően egyidejűleg 0 és 1 állapotot is felvehetnek. Ez lehetővé teszi, hogy egyes problémákat sokkal gyorsabban oldjanak meg, mint a hagyományos számítógépek, ha azok valaha is képesek lennének rá.

Hol rejlik a probléma?

Bár a qubitek hatalmas számítási potenciált kínálnak, van egy komoly hátrányuk: rendkívül érzékenyek. Állapotukat külső hatások, például rezgések, hőmérsékletváltozások, mobilhálózati zavarok, Wi-Fi jelek, sőt kozmikus sugárzás is befolyásolhatja. A külső "zajok" minimalizálása érdekében a kvantumszámítógépek több qubitet egyesítenek, így alakítva ki logikai kvantumbiteket, amelyek képesek a hibák javítására. Azonban a szükséges qubit-ek száma jelentősen megdrágítja és bonyolítja a technológia alkalmazását.

Hogyan segíthet az AWS a kvantumszámítógépek gyorsabb elterjedésében?

„A kvantumhiba-korrekció már a kezdetektől fogva a legfontosabb tényező volt a kvantumbitek és az architektúra megtervezésében. Ha valódi kvantumszámítógépeket szeretnénk építeni, a hiba-korrekció kiemelt szerepet kell, hogy kapjon” – mondta Oskar Painter, az AWS kvantumhardverekért felelős igazgatója.

Mi is pontosan a kvantumhiba-korrekció?

A kvantumhiba-korrekció egy olyan eljárás, amely hasonló a gyártósori minőségellenőrzési rendszerekhez: míg egy hagyományos rendszer több ellenőrzőpontot alkalmaz, egy jól megtervezett rendszerben csupán egyetlen ellenőrzés elegendő, így kevesebb erőforrásra van szükség, és az egész folyamat hatékonyabbá válik. Az AWS szerint az Ocelot és hasonló fejlesztések révén a kvantumszámítógépek kisebbek, megbízhatóbbak és olcsóbbak lehetnek.

Az Ocelot prototípus az AWS új architektúrájának tesztelésének első lépése, amely beépített kvantumhiba-korrekciós mechanizmust alkalmaz. Az Ocelot alapját a „macskaqubitek” (Schrödinger macskájáról elnevezett qubitek) adják, melyek önállóan képesek a hibák javítására. Ezen felül a chip a jelenlegi mikroelektronikai technológiák előnyeit is kihasználja.

Mi következik?

„Jelenleg az a legfontosabb célunk, hogy folyamatosan innováljunk a kvantumszámítástechnika minden aspektusában: elemezzük az architektúránkat, és az így szerzett tapasztalatok alapján fejlesszük a mérnöki megoldásokat” – zárta szavait Oskar Painter.

English Summary

Amazon Web Services (AWS) engineers have redefined the principles of building quantum chips, focusing on noise reduction rather than just increasing qubit count. Their Ocelot quantum chip prototype could accelerate the widespread availability of quantum computers by up to five years. The key innovation is quantum error correction, which enhances reliability and reduces costs, making quantum computers smaller, more efficient, and more affordable. The Ocelot chip uses "cat qubits" and integrates current microelectronics technology to improve performance and error correction.