Forskere udvikler databus til kvantecomputer

Kvanteverdenen er skrøbelig; fejlkorrektionskoder er nødvendige for at beskytte den information, der er lagret i et kvanteobjekt, mod de forringende virkninger af støj. Kvantefysikere i Innsbruck har udviklet en protokol til at videregive kvanteinformation mellem forskelligt kodede byggesten i en fremtidig kvantecomputer, såsom processorer og hukommelser. Forskere kan bruge denne protokol i fremtiden til at bygge en databus til kvantecomputere. Forskerne har offentliggjort deres arbejde i tidsskriftet Naturkommunikation .

Fremtidige kvantecomputere vil være i stand til at løse problemer, hvor konventionelle computere fejler i dag. Vi er stadig langt væk fra enhver storstilet implementering, imidlertid, fordi kvantesystemer er meget følsomme over for miljøstøj. Selvom systemer i princippet kan beskyttes mod støj, forskere har kun været i stand til at bygge små prototyper af kvantecomputere eksperimentelt.

En måde at reducere fejlraten på er ved at kode kvanteinformation ikke i en enkelt kvantepartikel, men i flere kvanteobjekter. Disse logiske kvantebits eller qubits er mere robuste over for støj. I de sidste par år, teoretiske fysikere har udviklet en lang række fejlkorrektionskoder og optimeret dem til specifikke opgaver. Fysikerne Hendrik Poulsen Nautrup og Hans Briegel fra Instituttet for Teoretisk Fysik ved Innsbruck Universitet og Nicolai Friis, nu ved Institut for Kvanteoptik og Kvanteinformation i Wien, har fundet en teknik til at overføre kvanteinformation mellem systemer, der er kodet forskelligt.

Interface mellem processor og hukommelse

I lighed med klassiske computere, fremtidige kvantecomputere kan bygges med forskellige komponenter. Forskere har allerede bygget små kvanteprocessorer og minder eksperimentelt, og de har brugt forskellige protokoller til at kode logiske qubits:F.eks. til kvanteprocessorer bruger de såkaldte farvekoder og til kvantehukommelser overfladekoder. "For at de to systemer skal interagere med hinanden kvantemekanisk, vi skal forbinde dem, " siger ph.d.-studerende Hendrik Poulsen Nautrup. "Vi har udviklet en protokol, der giver os mulighed for at fusionere kvantesystemer, der er kodet forskelligt." Forskerne foreslår at lokalt modificere specifikke elementer af de kodede kvantebits. Denne proces kaldes også gitterkirurgi, som bruges til at koble systemer som kvanteprocessorer og hukommelser. Når systemerne midlertidigt er "syet" sammen, kvanteinformation kan teleporteres fra processoren til hukommelsen og omvendt. "I lighed med en databus i en konventionel computer, videnskabsmænd kan bruge denne teknik til at forbinde komponenterne i en kvantecomputer, " forklarer Poulsen Nautrup.

Denne nye ordning er endnu et skridt i retning af at bygge en universel kvantecomputer, og forskning til eksperimentel realisering er i gang. Forskningen er udført inden for rammerne af ph.d.-programmet Atoms, Lys, og Molecules udbudt på universitetet i Innsbruck og blev finansieret af den østrigske videnskabsfond og Templeton World Charity Foundation.