Cercetătorii au utilizat un computer cuantic pentru a proiecta un qubit îmbunătățit, care ar putea alimenta următoarea generație de computere cuantice mai mici, cu performanțe superioare și mai fiabile. Exploatarea abilității procesoarelor cuantice de a simula comportamentul circuitelor cuantice (pe care computerele clasice nu îl pot realiza) ar putea permite dezvoltarea mai rapidă de prototipuri.
Pe măsură ce cipurile clasice au devenit mai complexe, numărul componentelor din cadrul acestora crescând de la zeci la mii, milioane și chiar miliarde, proiectarea manuală a acestora a devenit rapid impracticabilă. Utilizarea computerelor în sine pentru a ajuta la crearea și optimizarea noilor modele de cipuri pentru următoarea generație de computere este o tehnică practicată timp de decenii.
Totuși, cu excepția celui mai simplu procesor cuantic din interiorul unui computer clasic, simularea funcționării tuturor cipurilor este imposibilă. Acest lucru se datorează faptului că pe măsură ce se adaugă fiecare nou qubit, resursele de calcul necesare cresc exponențial.
În prezent, cercetătorii din cadrul Universității de Știință și Tehnologie din Shanghai, China, au aplicat aceeași abordare folosită în calculul clasic și denumită bootstrapping pentru a proiecta noi computere cuantice. Experimentul a condus la crearea unui nou tip de qubit, denumit plasonium, care este din punct de vedere fizic mai mic, mai puțin zgomotos și, de asemenea, capabil să-și păstreze starea pentru o perioadă mai mare de timp decât qubiții actuali.
Echipa consideră faptul că lucrarea deschide calea către proiectarea de procesoare cuantice avansate folosind mașini existente.
Peter Knight din cadrul Colegiului Imperial din Londra a declarat faptul că acest concept este interesant, dar și intuitiv. „Un computer clasic nu poate simula funcționarea unui procesor cuantic. Așadar, este evident faptul că procesoarele cuantice pot fi folosite în acest scop”.
Knight adaugă faptul că noul design oferă avantaje, dar, în mod esențial, reduce și câteva caracteristici negative ale circuitelor din generația curentă.
Un algoritm denumit eigensolver cuantic variațional, care este adesea folosit în chimia cuantică pentru a calcula nivelurile de energie ale moleculelor, a permis echipei să simuleze comportamentul particulelor din circuitele cuantice, să elimine proprietățile negative și să dezvolte caracteristici pozitive, toate acestea fără a fi nevoie dezvoltarea unui număr mare de prototipuri fizice.
Qubiții plasonium au o lungime de numai 240 micrometri, ceea ce reprezintă doar 40% din dimensiunea unui qubit tipic, denumit transmon, iar utilizarea acestora va permite miniaturizarea procesoarelor voluminoase din prezent. Acest lucru va fi esențial, deoarece viitoarele computere cuantice vor trebui să crească de la o capacitate de câțiva zeci de qubiți, la implementarea a milioane sau miliarde de astfel de unități pentru a îndeplini sarcini utile.
Reducerea „zgomotului” din computerele cuantice este un alt obstacol foarte important. În mod esențial, qubit-ul plasonium este mai puțin zgomotos decât qubiții transmon existenți folosiți de către grupul de cercetare. Corectarea erorilor este o caracteristică standard a computerelor clasice. Aceasta este utilizată pentru a combate „flipurile” zgomotoase ocazionale în cadrul cărora un singur bit întâlnește o eroare din cauza unei particule încărcate electric care se deplasează prin univers și se ciocnește cu un electron din interiorul unui cip. Totuși, problema este mult mai complexă și mai dificil de rezolvat în cadrul calculului cuantic.
De asemenea, noul tip de qubit prezintă o altă caracteristică dezirabilă, denumită anarmonicitate puternică. Un qubit poate avea două stări posibile, 1 și 0, dar, de multe ori, vor exista și alte stări la care se poate ajunge și accidental, acestea putând provoca erori de calcul. Dacă aceste stări suplimentare nedorite se află la intervale regulate de putere după 0 și 1, atunci șansa de a ajunge în mod accidental într-una din ele în timpul funcționării este mai mare. Stările suplimentare ale qubit-ului plasonium sunt variate și, prin urmare, sunt mai puțin probabil să fie schimbate accidental. Aceasta înseamnă că noul design va întâmpina mai puține probleme de calcul în timpul funcționării.