Bagaimana komputer kuantum mencegah "noise kuantum"?

Pada halaman Wikipedia untuk algoritme Shor, dinyatakan bahwa algoritma Shor saat ini tidak layak digunakan untuk memperhitungkan angka-angka berukuran RSA, karena komputer kuantum belum dibangun dengan qubit yang cukup karena hal-hal seperti kebisingan kuantum. Bagaimana komputer kuantum modern mencegah gangguan dengan perhitungan dari kebisingan ini? Bisakah mereka mencegahnya sama sekali?

Bagaimana kita mencegah noise kuantum di komputer kuantum?

Yah, secara teknis jawabannya adalah (setidaknya untuk sebagian besar sistem): kami menggunakan suhu yang sangat rendah (jauh lebih dingin daripada ruang), kami melindungi segala sesuatu (atau setidaknya sebanyak mungkin) keluar, yang mungkin menimbulkan kebisingan (gelombang radio, seperti sebagai sinyal telepon atau cahaya, medan magnet, ...), kami melakukan segalanya untuk menghilangkan partikel pada chip kami, yang mungkin berinteraksi dengan sistem kami dan kami sangat berhati-hati, bahwa koneksi (yaitu kabel, serat optik dan semacamnya) ke lingkungan (garis kontrol dan pembacaan) membawa kebisingan sesedikit mungkin.

Tapi itu tidak akan cukup untuk menjalankan Shor yang relevan. Untuk memahami apa lagi yang bisa kita lakukan, mari kita pahami:

Apa itu noise Quantum?

Noise hadir di semua sistem - demikian juga komputer klasik Anda. Namun dalam komputer klasik ini hanya dapat bermanifestasi dalam satu cara: bit yang seharusnya berada dalam satu keadaan (katakanlah 1) ternyata berada dalam yang lain (katakanlah 0). Ini cukup mudah untuk dikoreksi: kita hanya menjalankan perhitungan secara paralel beberapa kali dan memeriksa setiap sekarang dan lagi jika salah satu dari mereka mati dan memperbaiki kesalahan (dengan asumsi mayoritas benar) *. Jadi kami, tentu saja mencoba untuk mencegah kebisingan, tetapi yang lebih penting, kami memperbaikinya!

Kebisingan kuantum ternyata jauh lebih rumit. Bagaimana? Yah secara umum keadaan bit kuantum (qubit) dapat digambarkan sebagai titik pada bola (umumnya disebut bola bulus). Noise sekarang dapat memindahkan titik ini di suatu tempat di sepanjang bola (atau bahkan membuat bola lebih kecil). Tapi kita masih bisa menerapkan koreksi kesalahan yang sama yang kita gunakan untuk komputer klasik, kan? Tidak! Bagian yang sulit tentang komputasi kuantum adalah, kita hanya bisa memilih untuk menunjuk titik-titik pada bola dan mengenal yang mana yang paling dekat dengan *. Kami juga memproyeksikan keadaan qubit ke dalam nilai tersebut - sehingga nilai tersebut benar-benar menjadi nilai yang kami ukur, tidak peduli apa itu sebelumnya. Gila kan? Nah itu mekanika kuantumuntukmu. Jadi kita tidak bisa hanya membandingkan perhitungan sambil menjalankannya seperti sebelumnya, karena itu akan menghancurkan perhitungan kita!

Koreksi kesalahan kuantum untuk penyelamatan?

Ya, ternyata koreksi kesalahan kuantum sebenarnya dimungkinkan melalui beberapa trik (yang agak sulit untuk dijelaskan di sini - jadi hanya demi perasaan: kita mengukur dengan cara yang sedikit berbeda sebagai gantinya, memungkinkan kita untuk hanya mengukur cuaca dua qubit adalah yang sama dalam beberapa hal atau tidak. Sekali lagi, jika kita mengukur bahwa mereka sama, kita telah memproyeksikan mereka menjadi sama, jika tidak kita dapat memperbaiki. Ungkapan penting adalah dalam beberapa hal , jadi kita harus melakukan ini untuk beberapa jenis kesalahan yang dapat terjadi dan kemudian mencoba untuk mencari tahu apa yang sebenarnya terjadi pada qubit). Agar dapat berfungsi, kita membutuhkan komputer kuantum yang sudah memiliki sedikit noise untuk memulai (lihat juga "Mengapa protokol koreksi kesalahan hanya berfungsi ketika tingkat kesalahan sudah sangat rendah untuk memulai? "), dapat berbicara (digabungkan) satu sama lain dan kami umumnya memiliki kontrol yang cukup. Saat ini, tidak ada yang hampir memenuhi semua persyaratan ini secara cukup sekaligus (secara terpisah pada sistem yang berbeda mereka semua telah tercapai).

* Yah itu bukan cara kerjanya, tapi kira-kira.

Jawaban atas derau (dan sumber kesalahan apa pun, sesungguhnya) dalam perhitungan kuantum adalah koreksi kesalahan kuantum : Anda memilih penyandian sehingga kesalahan yang didiskritisasi tidak hanya sesuai dengan penyandian yang tidak valid tetapi juga secara unik menentukan jenis kesalahan apa yang harus terjadi. Ini tidak mungkin untuk semua kesalahan tetapi dengan model kesalahan yang masuk akal (seperti kesalahan qubit tunggal jauh lebih mungkin daripada dua kesalahan qubit yang jauh lebih mungkin daripada tiga kesalahan qubit, dll.) Dapat ditunjukkan bahwa, jika kebisingan Anda dan lainnya sumber kesalahan berada di bawah ambang tertentu, Anda dapat mengaktifkan perhitungan besar dan panjang secara sewenang-wenang.