Forskere tæmmer nogle forstyrrende miljøeffekter på kvantecomputere

Et team af forskere, ledet af professor Winfried Hensinger ved University of Sussex, har gjort et stort gennembrud vedrørende et af de største problemer, der står over for kvantecomputing:hvordan man reducerer de forstyrrende virkninger af miljømæssig "støj" på den meget følsomme funktion af en storskala-kvantecomputer.

I den virkelige verden, den teknologiske udvikling skal fungere under ufuldkomne forhold; hvad der med succes kan testes i et stærkt kontrolleret laboratorium kan mislykkes, når det præsenteres for realistiske miljøfaktorer, såsom udsving i spænding fra en elektronisk komponent eller vildfarne elektromagnetiske felter udsendt af elektronisk daglig udstyr.

University of Sussex's Ion Quantum Technology Group har formået dramatisk at reducere virkningerne af sådan miljømæssig "støj", der påvirker fangede ionkvantecomputere, rapporterer deres resultater i en artikel, der har i dag, Torsdag den 1. november 2018, blevet offentliggjort i det prestigefyldte tidsskrift Fysisk gennemgangsbreve . Det betyder, at teamet er et skridt tættere på at opbygge en kvantecomputer i stor skala med evnen til at løse udfordrende virkelige problemer.

Små kvantecomputere, der findes i øjeblikket, indeholder kun en håndfuld kvantebits-komponenter i kvantecomputere, der gemmer information og kan eksistere i flere tilstande, også omtalt som qubits. Som sådan, nuværende kvantecomputere er små nok til at blive betjent i et stærkt kontrolleret miljø inde i et specialiseret laboratorium. Imidlertid, sådanne maskiner har ikke den processorkraft, der kræves for at løse komplekse problemer på grund af det begrænsede antal qubits.

Når den er bygget, store kvantecomputere vil kunne løse visse problemer, der ville tage selv de hurtigste supercomputere milliarder af år at beregne. For at oprette en kvantecomputer, der kan løse sådanne problemer, forskere bliver nødt til at øge antallet af qubits, hvilket igen vil øge størrelsen på kvantecomputeren. Problemet er, at jo flere qubits der tilføjes, jo vanskeligere bliver det at isolere computeren fra enhver realistisk "støj", der ville forstyrre computerprocesserne.

Hensingers team fra University of Sussex fysikere har fået et quantum computing gennembrud, der er i stand til at afbøde nogle af disse problemer. De samarbejdede med teoretisk videnskabsmand Dr. Florian Mintert og kolleger fra Imperial College London, der foreslog en teori om, hvordan man måske kunne løse dette problem ved at manipulere de mærkelige kvanteeffekter i brug inde i en kvantecomputer. Teorien tillader - ved hjælp af kvantefysikkens mærkelige egenskaber - at udføre kvanteberegninger på en sådan måde, at ændringer i maskinens indledende driftsparametre ikke fører til en væsentlig ændring i beregningens slutresultat. Dette hjælper igen med at isolere kvantecomputeren fra virkningerne af miljømæssig 'støj'.

Dr. Sebastian Weidt, seniorforsker i Sussex Ion Quantum Technology Group, forklarer betydningen:"At realisere denne teknik kan have en dybtgående indflydelse på evnen til at udvikle kommercielle ionfangskvantecomputere uden brug i et akademisk laboratorium."

Sussex -teamet gik på arbejde for at se, om de rent faktisk kunne implementere denne teori. De brugte komplicerede radiofrekvens- og mikrobølgesignaler, der er i stand til at manipulere de kvanteeffekter, der er forbundet med individuelle ladede atomer (ioner), at demonstrere dette i praktiske forsøg. Deres implementering er baseret på mikrobølgeteknologi, som den, der findes i mobiltelefoner. Efter måneders intensivt arbejde i laboratoriet, Sussex -forskerne har formået at gøre denne nye metode til virkelighed, eksperimentelt demonstreret dets evner til væsentligt at reducere effekten af ​​"støj" på en fanget ion -kvantecomputer.

Professor Hensinger, Leder af Ion Quantum Technology Group ved University of Sussex-som sidste år afslørede den første plan for en storstilet kvantecomputer-siger:"Med dette fremskridt har vi taget endnu et praktisk skridt i retning af at konstruere kvantecomputere, der kan rumme millioner af qubits . Sådanne maskiner er i stand til at løse visse problemer, som selv den hurtigste supercomputer kan tage milliarder af år at beregne og være til stor gavn for menneskeheden; de kan muligvis hjælpe os med at skabe nye lægemidler; finde nye kur mod sygdomme, såsom demens; skabe effektive værktøjer til den finansielle sektor; være til gavn for landbruget, gennem mere effektiv gødningsproduktion, blandt mange andre applikationer. Vi er kun begyndt at forstå disse maskiners enorme potentiale. "

Hensingers gruppe udnytter nu denne nye teknik, da de sætter sidste hånd på en kraftfuld kvantecomputerprototype, der i øjeblikket er i deres laboratorium ved University of Sussex.

Hensinger siger:"Det er nu tid til at omsætte akademiske præstationer til konstruktion af praktiske maskiner. Vi er i en fantastisk position til at gøre dette i Sussex, og mit team arbejder døgnet rundt for at gøre storskala quantum computing til en fremtidig realitet."