Łagodzenie dekoherencji w układach kwantowych
Systemy kwantowe — od obliczeń po przetwarzanie informacji, wykrywanie i komunikację — szybko się rozwijają. I, chociaż przyszłość może być kwantowa, pozostają one jednak dalekie od doskonałości. „Wszystkie układy kwantowe mają problem z wszechobecną dekoherencją kwantową, która przejawia się jako błędy typu bit-flip, phase-flip lub oba te rodzaje na raz” — mówi ekspert ds. informacji kwantowej i telekomunikacji Lajos Hanzo(odnośnik otworzy się w nowym oknie). Mówiąc wprost, dekoherencja kwantowa ma miejsce, gdy czyste stany kwantowe są zanieczyszczone przez otoczenie. Te wszystkie błędy kubitów poważnie wpływają na działanie układów kwantowych, a ich naprawa jest kluczowa — właśnie to jest celem projektu QuantCom finansowanego ze środków UE. „Naszym celem jest zaprojektowanie potężnych kwantowych kodów korekcji błędów zdolnych do łagodzenia zdarzeń typu bit-flip i phase-flip wywołanych dekoherencją w dowolnym systemie kwantowym” — dodaje Hanzo, główny badacz projektu. Projekt wspierany przez Europejską Radę ds. Badań Naukowych(odnośnik otworzy się w nowym oknie) miał również na celu opracowanie zaawansowanych rozwiązań w zakresie dystrybucji kluczy kwantowych (QKD) na potrzeby komunikacji o wysokim poziomie bezpieczeństwa oraz zbadanie wykonalności globalnego internetu kwantowego.
Droga na skróty do przezwyciężenia dekoherencji
Wszystkie przełomowe badania muszą mierzyć się z mnóstwem wyzwań — projekt QuantCom nie jest tu wyjątkiem. Przykładowo chociaż przezwyciężenie dekoherencji będzie ostatecznie wymagało długich słów kodowych, w momencie pisania tego tekstu komputery kwantowe nie są w stanie obsłużyć tak wielu kubitów. „Byliśmy w stanie obejść to wyzwanie, projektując krótkie kody o adaptacyjnej szybkości, które wymagają zarówno ograniczonej liczby kubitów, jak i ograniczonej pamięci” — wyjaśnia Hanzo. W ramach projektu, który był koordynowany przez Uniwersytet w Southampton(odnośnik otworzy się w nowym oknie), opracowano również nowe, niemal optymalne rozwiązania QKD i oparte na pamięci jednofotonowej rozwiązania kwantowo zabezpieczanej komunikacji bezpośredniej (QSDC), a także nowatorską optyczną komunikację kwantową wspomaganą inteligentną powierzchnią odbijającą (ang. intelligent reflecting surface, IRS) i niemal optymalne zintegrowane sieci kosmiczno-powietrzno-lądowe.
Torowanie drogi do przyszłości kwantowej
Wyniki badań naukowych przeprowadzonych w ramach projektu zostały opublikowane w licznych czasopismach i zaprezentowane na różnych konferencjach i wydarzeniach naukowych. Obecnie Hanzo kończy prace nad monografią badawczą na temat kodów korekcji błędów kwantowych. W ramach projektu przeszkolono również zespół postdoców i doktorantów, którzy już teraz zaznaczają swoją obecność w Chinach, Indiach, Japonii, Kanadzie, Stanach Zjednoczonych, Wielkiej Brytanii i Wietnamie. Jak podsumowuje Hanzo: „Nasze badania i współpracujący z nami naukowcy działają jako katalizator przyszłych badań nad komunikacją kwantową — badań, które moim zdaniem sprawią, że dekoherencja kwantowa stanie się przeszłością i utorują drogę do kwantowej przyszłości”. Obecnie Hanzo bada sposoby poprawienia wydajności warstwy sieciowej przy użyciu zaawansowanych technik zaufany/niezaufany oraz technik przekazywania w domenie kwantowej opartych na splątaniu.
