Współczesne komputery kwantowe stoją przed kluczowym wyzwaniem: jak skutecznie przechowywać i przetwarzać informacje, aby były one odporne na lokalne zakłócenia. Jednym z najbardziej obiecujących rozwiązań jest wykorzystanie faz o uporządkowaniu topologicznym. Pozwalają one na kodowanie danych w sposób globalny, co naturalnie chroni je przed błędami wynikającymi z lokalnych szumów.
Nowe podejście do obliczeń topologicznych
Tradycyjne metody, takie jak kod toryczny, oferują doskonałe możliwości przechowywania informacji, jednak nie zapewniają w sposób naturalny pełnego zestawu bramek logicznych niezbędnych do przeprowadzenia dowolnych obliczeń. Z kolei obliczenia kwantowe oparte na topologii tradycyjnie polegają na tzw. splataniu (braiding) nieabelowych anionów – egzotycznych cząstek kwantowych. Problem polega na tym, że najprostsze modele tego typu nie są wystarczające, by osiągnąć pełną uniwersalność obliczeniową wyłącznie poprzez samo splatanie.
Międzynarodowy zespół naukowców wykazał, że rozwiązaniem tego ograniczenia jest włączenie procesu łączenia (fuzji) anionów jako podstawowego elementu obliczeniowego. Dzięki połączeniu splatania z fuzją, nawet stosunkowo proste stany topologiczne stają się w pełni uniwersalne.
Eksperyment na procesorze H2
Badacze przeprowadzili eksperyment na procesorze kwantowym H2 firmy Quantinuum, wykorzystując 54 kubity do przygotowania stanu podstawowego modelu S3 – najmniejszej nieabelowej grupy kwantowej. W ramach prac zrealizowano następujące etapy:
Sukces tego eksperymentu dowodzi, że stany o uporządkowaniu topologicznym S3 można skalowalnie przygotowywać na nowoczesnych procesorach kwantowych. Co więcej, są one wystarczająco bogate, aby wspierać pełny zestaw operacji logicznych, co otwiera nowe ścieżki w rozwoju technologii kwantowych.
Znaczenie dla przyszłości technologii kwantowych
Osiągnięcie to stanowi istotny krok w stronę wykorzystania wewnętrznych właściwości materii kwantowej do manipulacji informacją. Zamiast polegać wyłącznie na zewnętrznych systemach korekcji błędów, badacze wykorzystują naturalną odporność stanów topologicznych.
Dostęp do pełnych wyników badań oraz kodu źródłowego wykorzystanego w symulacjach jest możliwy za pośrednictwem platformy Zenodo. Artykuł opisujący te przełomowe wyniki został opublikowany w czasopiśmie Nature w lipcu 2026 roku. Dostęp do pełnej treści publikacji w serwisie wydawcy wiąże się z opłatą w wysokości 39,95 euro (ok. 170 zł), natomiast subskrypcja roczna czasopisma to koszt 196,21 euro (ok. 840 zł).
