Kerapuhan ekstrim ini mungkin membuat komputasi kuantum tampak tidak ada harapan lagi. Namun pada tahun 1995, ahli matematika terapan Peter Shor Menemukan Cara cerdas untuk menyimpan informasi kuantum. Pengkodeannya memiliki dua karakteristik utama. Pertama, ia dapat mentolerir kesalahan yang hanya memengaruhi qubit individual. Kedua, dilengkapi dengan prosedur untuk memperbaiki kesalahan yang terjadi, mencegah kesalahan tersebut terakumulasi dan menggagalkan proses perhitungan. Penemuan Shor adalah contoh pertama dari kode koreksi kesalahan kuantum, dan sifat utamanya adalah ciri khas dari semua kode tersebut.

Properti pertama berasal dari prinsip sederhana: informasi rahasia tidak terlalu rentan jika dipecah. Jaringan mata-mata menggunakan strategi serupa. Setiap mata-mata hanya mengetahui sedikit tentang jaringan secara keseluruhan, sehingga organisasi tetap aman meskipun ada individu yang tertangkap. Namun kode koreksi kesalahan kuantum menggunakan logika ini secara ekstrem. Dalam jaringan spionase kuantum, tidak ada mata-mata yang mengetahui apa pun, namun mereka mengetahui banyak hal bersama-sama.

Setiap kode koreksi kesalahan kuantum adalah resep khusus untuk mendistribusikan informasi kuantum ke banyak qubit dalam superposisi kolektif. Prosedur ini secara efektif mengubah susunan qubit fisik menjadi satu qubit virtual. Ulangi proses ini beberapa kali dengan kumpulan qubit yang besar, dan Anda akan mendapatkan banyak qubit virtual yang dapat Anda gunakan untuk melakukan penghitungan.

Qubit fisik yang membentuk setiap qubit virtual seperti mata-mata kuantum yang tidak menaruh curiga. Ukur salah satu dari mereka dan Anda tidak akan tahu apa pun tentang keadaan qubit virtual yang menjadi bagiannya, sebuah properti yang disebut tidak dapat dibedakan secara lokal. Karena setiap qubit fisik tidak menyandikan informasi apa pun, kesalahan pada masing-masing qubit tidak akan merusak komputasi. Informasi penting ada di mana-mana dalam satu atau lain cara, tetapi tidak ada secara khusus.

“Anda tidak dapat mengikatnya ke qubit individual mana pun,” kata Cubitt.

Semua kode koreksi kesalahan kuantum dapat menampung setidaknya satu kesalahan tanpa dampak apa pun pada informasi yang dikodekan, tetapi semuanya pada akhirnya akan hilang seiring dengan bertambahnya kesalahan. Dan di sini dimulailah fitur kedua dari kode koreksi kesalahan kuantum, yaitu koreksi kesalahan sebenarnya. Hal ini terkait erat dengan ketidakterbedaan lokal: karena kesalahan dalam masing-masing qubit tidak merusak informasi apa pun, hal ini selalu mungkin terjadi Balikkan kesalahan apa pun Menggunakan prosedur yang ditetapkan untuk setiap kode.

Dibawa untuk jalan-jalan

Zhi Li, seorang peneliti pascadoktoral di Peripheral Institute for Theoretical Physics di Waterloo, Kanada, sangat ahli dalam teori koreksi kesalahan kuantum. Namun topik itu jauh dari pikirannya ketika dia memulai percakapan dengan rekannya Latham Boyle. Saat itu musim gugur tahun 2022, dan kedua fisikawan itu sedang dalam perjalanan malam dari Waterloo ke Toronto. Boyle, seorang ahli ubin non-siklus yang saat itu tinggal di Toronto dan sekarang bekerja di Universitas Edinburgh, adalah sosok yang akrab dengan angkutan tersebut, yang sering terjebak dalam lalu lintas padat.

“Biasanya mereka bisa sangat menderita,” kata Boyle. “Ini seperti yang terhebat yang pernah ada.”

Sebelum malam yang menentukan itu, Lee dan Boyle mengetahui pekerjaan masing-masing, namun bidang penelitian mereka tidak secara langsung tumpang tindih, dan mereka tidak pernah melakukan percakapan empat mata. Namun seperti banyak peneliti di bidang yang tidak terkait, Lee tertarik pada ubin non-periodik. “Sangat sulit untuk tidak tertarik,” katanya.