Ny tilgang til styring af qubits via mikrobølgeimpulser reducerer fejlfrekvenser og øger effektiviteten

En funktionel kvantecomputer er et af de mest spændende løfter inden for kvanteteknologi. Med markant øget computerkraft, kvantecomputere vil være i stand til at løse opgaver, som konventionelle computere ikke kan klare, såsom at forstå og opfinde nye materialer eller lægemidler samt teste grænserne for kryptografiske teknikker.

Ligesom i konventionelle computere, udtrykket kvantebit eller qubit refererer til den grundlæggende enhed i kvanteinformation. I øjeblikket, de mest avancerede metoder til at realisere dem er superledende kredsløb og fangede ioner. Førstnævnte lagrer kvanteinformation i elektroniske komponenter, sidstnævnte i forskellige energiniveauer af enkelte atomer. Ved at bruge superledende kredsløb, Det er for nylig lykkedes forskere at påvise, at kvantecomputere er i stand til at udføre højt specialiserede opgaver, som konventionelle computere ikke kan klare. Imidlertid, i modsætning til enhver anden tilgang, ioner producerer væsentligt lavere fejlfrekvenser i operationer.

For at reducere fejlfrekvensen endnu mere og give pålidelig drift meget hurtigere, forskere ved Leibniz Universitet Hannover og Physikalisch-Technische Bundesanstalt (PTB) har nu udviklet en ny metode. Deres resultater er blevet offentliggjort i det seneste nummer af det videnskabelige tidsskrift Fysisk gennemgangsbreve .

I deres tilgang, ioner fanges under vakuum ved at bruge elektriske felter over en chipstruktur. Qubit-operationer implementeres ved at sende mikrobølgesignaler gennem specielle ledersløjfer, der er indlejret i chipstrukturen. Som regel, logiske operationer udføres via ekstremt omhyggeligt kontrollerede laserstråler. Brug af mikrobølgefelter har den fordel, at de både er relativt nemme at kontrollere og en meget moden teknologi, da de er allestedsnærværende i adskillige produkter fra fly til mobiltelefoner.

Inden for undersøgelsens rammer, forskere undersøgte de mest effektive metoder til operationer på qubits. Dette er også et yderst relevant problem i konventionelle computerchips, da den nødvendige mængde energi pr. operation bestemmer, hvor mange af dem, der kan behandles i sekundet, før chippen begynder at overophedes. Med hensyn til ion-fælde mikrobølge kvantecomputere, det lykkedes forskerne at påvise, at specifikt formede mikrobølgeimpulser, hvor feltet tændes og slukkes jævnt, producere fejlfrekvenser 100 gange lavere end dem, hvor felterne simpelthen tændes og slukkes - med samme energiindgang og på trods af støj. Til dette formål, holdet introducerede yderligere og omhyggeligt kontrolleret støj i eksperimentet og bestemte driftsfejl for forskellige niveauer af indsprøjtet støj såvel som for begge pulsformer. "Dette gjorde en kæmpe forskel for vores eksperiment, " sagde Giorgio Zarantonello, en af ​​forfatterne til undersøgelsen. "I fortiden, at finde passende operationer involverede meget forsøg og fejl samt en lang optimeringsproces, før det fangede et øjeblik med meget lidt støj. Det eneste, vi skal gøre nu, er at tænde for eksperimentet, og det virker."

Efter at have demonstreret, at grundlæggende operationer med lave fejlfrekvenser er mulige, forskerne sigter nu mod at overføre deres resultater til opgaver, der er mere komplekse. Hensigten er at opnå mindre end én fejl for hver ti tusinde operationer, hvilket er, når skalering til et stort antal qubits bliver effektiv. Til denne opgave, de har allerede udviklet en patenteret mikrofabrikationsteknologi, der understøtter lagring og manipulation af et stort antal qubits i en chipstrukturer.