Et filter til renere qubits

Et forskerhold ved Tokyo Medical and Dental University (TMDU), RIKEN, og University of Tokyo har demonstreret, hvordan man kan øge levetiden for qubits inde i kvantecomputere ved at bruge en ekstra "filter"-qubit. Dette arbejde kan hjælpe med at lave kvantecomputere af højere kvalitet, der kan bruges i finansielle, kryptografisk, og kemiapplikationer.

Kvantecomputere er klar til at gøre en stor indflydelse på en række forskellige områder, fra internetsikkerhed til udvikling af lægemidler. I stedet for at være begrænset til binære 0'ere og 1'ere af klassiske computere, qubits i kvantecomputere kan antage værdier, der er vilkårlige superpositioner af de to. Dette giver kvantecomputere mulighed for at løse visse problemer, som at knække kryptografiske cifre, meget hurtigere end nuværende maskiner.

Imidlertid, der er en fundamental afvejning mellem qubit-superpositionernes levetid og behandlingshastigheden. Dette skyldes, at qubits skal omhyggeligt beskyttes mod interaktion med miljøet, eller den skrøbelige superposition vil snappe tilbage til at være blot et et eller nul i en proces kaldet dekohærens. For at forsinke dette tab af kvantetroskab, qubits i kvantecomputere er kun svagt koblet til kontrollinjen, gennem hvilken qubit-kontrolimpulserne påføres. Desværre, en så svag kobling begrænser hastigheden, som beregninger kan udføres.

Nu, holdet ved Tokyo Medical and Dental University (TMDU) viser teoretisk, hvordan kobling af en anden "filter"-qubit til kontrollinjen i høj grad kan reducere støjen og de spontane strålingstab, der fører til dekohærens. Dette gør det muligt for forbindelserne at være stærke, hvilket giver hurtigere cyklustider.

"I vores løsning, filter-qubit fungerer som et ikke-lineært spejl, som fuldstændigt reflekterer stråling fra qubit på grund af destruktiv interferens, men sender stærke kontrolimpulser på grund af absorptionsmætning, " siger førsteforfatter Kazuki Koshino.

Denne forskning hjælper med at skabe en fremtid, hvor kvantecomputere kan findes i alle virksomheder og forskningslaboratorier. Mange operationelle forskningsfirmaer vil gerne bruge kvantecomputere til at løse optimeringsproblemer, der blev anset for at være for intensive for konventionelle computere, mens kemikere gerne vil bruge dem til at simulere bevægelsen af ​​atomer inde i molekyler.

"Kvantecomputere forbedres dag for dag af virksomheder, herunder IBM og Google. Efterhånden som de bliver hurtigere og mere robuste, de kan være endnu mere udbredte, " siger seniorforfatter Yasunobu Nakamura.