Ion qubits giver et tidligt glimt af detektering af kvantefejl

Computere baseret på kvantefysik lover at løse visse problemer meget hurtigere end deres konventionelle modstykker. Ved at udnytte qubits - som kan have mere end bare de to værdier af almindelige bits - kunne fremtidens kvantecomputere udføre komplekse simuleringer og muligvis løse vanskelige kemiproblemer, optimering og mønstergenkendelse.

Men at bygge en stor kvantecomputer - en med tusinder eller millioner af qubits - er vanskelig, fordi qubits er meget skrøbelige. Små interaktioner med miljøet kan indføre fejl og føre til fejl. Det er ikke ligetil at opdage disse fejl, da kvantemålinger er en form for interaktion og derfor også forstyrrer kvantetilstande. Kvantfysik præsenterer en anden rynke, også:Det er ikke muligt bare at kopiere en qubit til backup.

Forskere har fundet på smarte måder at opdage fejl og forhindre dem i at sprede sig. Men indtil videre, en komplet fejldetekteringsprotokol ikke er blevet testet i forsøg, dels på grund af vanskeligheden ved at skabe kontrollerede interaktioner mellem alle de nødvendige qubits.

Nu, i en nylig artikel offentliggjort i Videnskab fremskridt , forskere ved Joint Quantum Institute testede en fuld procedure for kodning af en qubit og opdagelse af nogle af de fejl, der opstår under og efter kodningen. De anvendte en ordning, der fordelte informationen om en qubit blandt fire fangede ytterbiumioner - selv qubits - ved hjælp af en femte ionqubit til at aflæse, om der var sket visse fejl. Ioner giver et rigt sæt af interaktioner, som tillod forskere at forbinde den femte ion -qubit med de fire andre efter eget ønske - et almindeligt krav om fejlopdagelses- eller korrektionsordninger. Med denne tilgang, forskerne opdagede næsten alle enkeltionfejlene, udfører mere end 5000 kørsler af den fulde kodnings- og måleprocedure for en række forskellige kvantetilstande. Derudover selve kodningen syntes ikke at introducere fejl på flere ioner på samme tid, en funktion, der kunne have stavet undergang til fejlregistrering og korrektion i ioner.

Selvom resultatet er et tidligt skridt mod større kvantehukommelser og kvantecomputere, forfatterne siger, at det demonstrerer potentialet i qubit -beskyttelsesordninger med fangede ioner og baner vejen mod fejlopdagelse og til sidst fejlkorrektion i større skala.