एक वास्तव में शक्तिशाली क्वांटम कंप्यूटर बनाने की खोज लंबे समय से एक ही जिद्दी समस्या के कारण रुकी हुई है: ये मशीनें अविश्वसनीय रूप से नाजुक हैं। आपके द्वारा उपयोग किए जाने वाले लैपटॉप या फोन के विपरीत, जो कुछ बिट डेटा के गड़बड़ाने पर भी चलते रह सकते हैं, एक क्वांटम कंप्यूटर पदार्थ की उन नाजुक अवस्थाओं पर निर्भर करता है जो गर्मी, कंपन या विद्युत चुम्बकीय हस्तक्षेप के मामूली से व्यवधान से भी ढह जाती हैं। दशकों तक, वैज्ञानिकों ने विशाल सुरक्षा जाल बनाकर इसे ठीक करने का प्रयास किया है। वे 'क्वांटम एरर करेक्शन' (quantum error correction) नामक एक विधि का उपयोग करते हैं, जो एक प्रतिक्रियाशील मरम्मत दल (reactive repair crew) की तरह काम करता है। इस पारंपरिक दृष्टिकोण में, कंप्यूटर एक गणना करता है, एक त्रुटि अनिवार्य रूप से होती है, सिस्टम गलती का पता लगाने के बाद उसे पहचानता है, और फिर उसे ठीक करने की कोशिश करता है। यह प्रक्रिया इतनी अधिक अतिरिक्त भौतिक घटकों और इतने अधिक समय की मांग करती है कि इसने एक बाधा उत्पन्न कर दी है, जिससे इन मशीनों को वास्तविक दुनिया की सफलताओं के लिए आवश्यक आकार तक बढ़ाना कठिन हो गया है।

स्वतंत्र शोधकर्ता तदायुकी निशिमुरा का एक नया अध्ययन इस समस्या को सोचने का एक अलग तरीका प्रस्तावित करता है। त्रुटियों के होने का इंतजार करने और फिर उन्हें ठीक करने के बजाय, यह शोध QID-OS नामक एक प्रणाली पेश करता है, जो कंप्यूटर के आंतरिक वातावरण के लिए एक सक्रिय मौसम पूर्वानुमानकर्ता (proactive weather forecaster) की तरह कार्य करता है। शोर (noise) को एक यादृच्छिक आपदा मानने के बजाय, यह प्रणाली इसे एक अनुमानित पैटर्न के रूप में मानती है जिसे देखा और वास्तविक समय में समायोजित किया जा सकता है। मशीन के व्यवहार की लगातार निगरानी करके और क्यूबिट्स को नियंत्रित करने वाले संकेतों में सूक्ष्म, तात्कालिक समायोजन करके, यह प्रणाली त्रुटियों को शुरू में ही जमा होने से रोकती है। यह दृष्टिकोण पुराने सुरक्षा जालों को प्रतिस्थापित नहीं करता है, बल्कि उनके ऊपर स्थित होता है, जिससे पथ साफ हो जाता है ताकि अंतर्निहित क्वांटम संचालन बहुत अधिक सुचारू रूप से चल सकें।

इस नई प्रणाली का मूल एक नियंत्रण ढांचा (control framework) है जो तीन मुख्य विचारों को जोड़ता है: शोर अभी क्या कर रहा है इसका अनुमान लगाने का एक तरीका, एक शेड्यूलर जो उस भविष्यवाणी के आधार पर कार्यों को चलाने का सबसे अच्छा क्रम तय करता है, और एक तंत्र जो शोर को बेअसर करने के लिए मशीन के पल्स (pulses) को भौतिक रूप से समायोजित करता है। शोधकर्ता इसे क्वांटम हार्डवेयर के लिए एक ऑपरेटिंग सिस्टम के रूप में वर्णित करते हैं, जो एक मानक कंप्यूटर के अपने प्रोसेसर को प्रबंधित करने के समान है, लेकिन विशेष रूप से क्वांटम अवस्थाओं की अनूठी अस्थिरता को संभालने के लिए डिज़ाइन किया गया है। यह प्रणाली 'रिकर्सिव लीस्ट स्क्वायर्स' (recursive least squares) नामक एक गणितीय तकनीक का उपयोग करती है, जिसे एक लगातार अपडेट होने वाले अनुमान के रूप में समझा जा सकता है। यह देखता है कि मशीन ने अतीत में कैसा व्यवहार किया है, ड्रिफ्टिंग शोर (drifting noise) के रुझान की गणना करता है, और फिर त्रुटि के बड़े होने और गणना को बर्बाद करने से पहले ही एक जवाबी उपाय लागू करता है।

यह विचार काम करता है या नहीं, यह परीक्षण करने के लिए टीम ने पहले एक कंप्यूटर पर बड़े पैमाने पर सिमुलेशन चलाए। उन्होंने एक आभासी वातावरण बनाया जहाँ क्वांटम प्रोसेसर को अत्यधिक शोर के स्तर के अधीन रखा गया था, जो आमतौर पर वास्तविक प्रयोगशालाओं में देखे जाने वाले शोर से कहीं अधिक बुरा है। इन सिमुलेशन में, पारंपरिक त्रुटि सुधार विधियों का उपयोग करने वाला एक मानक क्वांटम कंप्यूटर तेजी से सूचना बनाए रखने की अपनी क्षमता खो देता है, जिसमें शोर बढ़ने के साथ इसकी सटीकता ढह जाती है। इसके विपरीत, नए QID-OS सॉफ़्टवेयर के साथ चलने वाली प्रणाली अपनी स्थिति बनाए रखती है। यहाँ तक कि जब आभासी शोर को उस चरम स्तर तक धकेला गया जहाँ त्रुटि दर नब्बे प्रतिशत थी, तब भी प्रणाली ने 0.999995 की लॉजिकल फिडेलिटी (logical fidelity), या सटीकता बनाए रखी। इसका अर्थ है कि कंप्यूटर एक ऐसे वातावरण में भी अपना इच्छित कार्य लगभग पूरी तरह से करने में सक्षम था जो एक पारंपरिक सेटअप को नष्ट कर देता।

शोधकर्ताओं ने केवल सिमुलेशन तक ही सीमित नहीं रहे; उन्होंने वास्तविक हार्डवेयर की अव्यव्यवस्थ और अप्रत्याशित प्रकृति को संभालने के लिए इस प्रणाली को एक वास्तविक मशीन पर भी ले गए। उन्होंने अपने सॉफ़्टवेयर को IBM द्वारा निर्मित एक पांच-क्यूबिट प्रोसेसर से जोड़ा, जो एक प्रकार की मशीन है जो सुपरकंडक्टिंग सर्किट का उपयोग करती है। टीम ने मशीन को जिस विशिष्ट कार्य को करने के लिए कहा था, वह 'GHZ-5 स्टेट' नामक एक विशेष एंटैंगलमेंट (entanglement) अवस्था बनाना था, जो पांच क्यूबिट्स को एक एकल, नाजुक क्वांटम संबंध में जोड़ता है। नए सिस्टम के बिना, मशीन इस अवस्था को 68.5 प्रतिशत की सटीकता के साथ बनाने में सफल रही। यह वर्तमान हार्डवेयर के लिए एक सामान्य परिणाम है, जहाँ शोर अक्सर आउटपुट की गुणवत्ता को कम कर देता है। हालाँकि, जब QID-OS सिस्टम सक्रिय था, जिसने वास्तविक समय की भविष्यवाणी और पल्स समायोजन का उपयोग किया, तो सटीकता बढ़कर 88.4 प्रतिशत हो गई। यह लगभग बीस प्रतिशत अंक का सुधार है, जो एक महत्वपूर्ण लाभ है जो प्रदर्शित करता है कि प्रणाली वास्तविक वातावरण में शोर का पूर्वानुमान लगाने और उसे बेअसर करने में सफल हो सकती है।

यह समझना महत्वपूर्ण है कि इस प्रणाली ने वास्तव में क्या हासिल किया और क्या नहीं किया। हार्डवेयर परीक्षणों ने विशेष रूप से प्रणाली के उस हिस्से को मान्य किया जो शोर की भविष्यवाणी करता है और भौतिक पल्स को समायोजित करता है। कार्यों के क्रम को निर्धारित करने वाले सिस्टम के भाग का परीक्षण सिमुलेशन में और एक आर्किटेक्चरल स्तर पर किया गया था, न कि इस विशिष्ट रन में सीधे हार्डवेयर पर। शोधकर्ताओं ने सावधानीपूर्वक उल्लेख किया कि उनकी प्रणाली यह मानकर नहीं चलती कि वह भविष्य देख सकती है; यह केवल वर्तमान के बारे में अपना सर्वश्रेष्ठ अनुमान लगाने के लिए अतीत के डेटा का उपयोग करती है। यह इस बात पर निर्भर नहीं है कि अगली त्रुटियां क्या होंगी, बल्कि इस बात पर है कि शोर एक ऐसे तरीके से ड्रिफ्ट (drift) करता है जिसे मॉडल और काउंटर किया जा सकता है। यह अंतर महत्वपूर्ण है, क्योंकि इसका मतलब है कि प्रणाली कार्य निष्पादन के समय उपलब्ध जानकारी का उपयोग करते हुए, कारण और प्रभाव के सख्त नियमों के भीतर काम करती है।

परिणाम बताते हैं कि प्रतिक्रियाशील मरम्मत (reactive repair) के बजाय सक्रिय रोकथाम (proactive prevention) की रणनीति बदलकर, बड़े, अधिक विश्वसनीय क्वांटम कंप्यूटर बनाने का मार्ग पहले की तुलना में अधिक स्पष्ट हो सकता है। यह अध्ययन दर्शाता है कि पर्यावरणीय शोर, जिसे अक्सर एक अनियंत्रित बल माना जाता है, इसे एक प्रबंधनीय चर (variable) के रूप में माना जा सकता है यदि सही उपकरणों का प्रयोग किया जाए। हालाँकि यह प्रणाली पूर्ण समाधान नहीं है और अभी भी पारंपरिक त्रुटि सुधार विधियों के साथ मिलकर काम करती है, यह उन विधियों पर बोझ को कम करने वाले एक शक्तिशाली स्तर के रूप में कार्य करती है। क्यूबिट्स के भौतिक प्रक्षेपवक्र (physical trajectory) को स्थिर करके, इससे पहले कि त्रुटियां पकड़ बना लें, यह प्रणाली क्वांटम कंप्यूटर को उस क्षेत्र में संचालित होने की अनुमति देती है जहाँ उच्च फिडेलिटी बनाए रखना पहले असंभव था। यह कार्य एक ठोस कदम है, जो यह सिद्ध करता है कि भविष्यवाणी और समायोजन के सही संयोजन के साथ, शोर की वह बाधा जो लंबे समय से क्वांटम युग को रोकने की धमकी दे रही थी, उसे तोड़ा जा सकता है।