Quantum hack for at frigøre computerkraft

Fysikere ved University of Sydney har fundet et 'quantum hack', der skulle give mulighed for enorme effektivitetsgevinster inden for kvanteberegningsteknologier.

Som forskere ved IBM, Google, Microsoft og universiteter over hele verden søger at opskalere kvanteteknologi til at lave en praktisk kvantecomputer, at finde måder at lave beregninger inden for en acceptabel fejlgrænse er et stort teknologisk problem.

Byggestenene i kvantemaskiner - kvantebits, eller qubits - er tilbøjelige til interferens fra deres omgivende omgivelser, får dem til at decohere og miste deres kvanteegenskaber. At tillade dette gennem fejlkorrektion er afgørende for en vellykket opskalering af kvanteteknologier.

Det teoretiske gennembrud fra David Tucketts team, Professor Stephen Bartlett og lektor Steven Flammia giver mulighed for en gevinst på 400 procent i mængden af ​​interferensstøj, som et kvanteberegningssystem teoretisk kan opretholde og samtidig bevare sin troskab.

"Dette opnås ved at skræddersy vores kvantedekoder til at matche egenskaberne ved den støj, qubits oplever, "sagde lektor Flammia.

"I den forstand, vi 'hacker' den generelt accepterede kodning til fejlretning, "Sagde professor Bartlett.

Forskningen offentliggøres i denne uge i det øverste tidsskrift Fysisk gennemgangsbreve . Det er en del af Tucketts arbejde som ph.d. -kandidat ved universitetet.

På nuværende tidspunkt er tommelfingerreglen for loyalitet i en qubit-arkitektur cirka 1 procent. Dette betyder, at mindst 99 procent af et systems qubits skal beholde information og sammenhæng i relevante perioder for at kunne udføre nyttige beregninger.

Denne virkelige tærskel på 1 procent kommer fra en teoretisk tilgang, hvor ideel hardware skal give mulighed for 10,9 procent fejlgrænse. Faldet i tolerance kommer fra 'støj' ved brug af virkelige maskiner.

Forudsat ideel hardware, arbejdet i Sydney quantum team, som er baseret på University of Sydney Nano Institute, har en fejlkorrektionstærskel på op til 43,7% - en firdobling på det nuværende teoretiske grundlag for fejlkorrektion.

Dette betyder, at færre fysiske qubits kan være nødvendige for en enkelt kvantelogisk gate - eller grundlæggende kvantekredsløb - der kan udføre en nyttig beregning.

Denne nye tilgang bør være anvendelig i ethvert kvantesystem - uanset om qubits er afhængige af superledere, fangede ioner, halvledere, eller topologiske strukturer (hvis de har brug for dem).

Eksperimentelle forskere er nu nødt til at anvende dette 'quantum hack' på virkelige systemer for at se, hvordan det flyder igennem ved hjælp af 'støjende' hardware.