Teknik forhindrer fejl i kvantecomputere

Selv kvantecomputere laver fejl. Deres computerevne er ekstraordinær, langt bedre end klassiske computere. Dette skyldes, at kredsløb i kvantecomputere er baseret på qubits, der ikke kun kan repræsentere nuller eller enere, men også superpositioner af begge tilstande ved at bruge kvantemekanikkens principper. På trods af deres store potentiale, qubits er ekstremt skrøbelige og tilbøjelige til fejl på grund af interaktioner med det eksterne miljø.

For at løse dette afgørende problem, en international forskergruppe udviklede og implementerede en ny protokol, der beskytter skrøbelig kvanteinformation og retter fejl på grund af tab af qubit. Denne forskergruppe offentliggjorde resultaterne af deres undersøgelse i Natur .

"At udvikle en fuldt fungerende kvanteprocessor er stadig en stor udfordring for forskere over hele verden, " forklarer Davide Vodola, som er en af ​​forfatterne til undersøgelsen samt forsker ved universitetet i Bologna. "Denne forskning gjorde det muligt for os, for første gang, at implementere en protokol, der kan detektere og, på samme tid, rette fejl på grund af tab af qubit. Denne evne kan vise sig at være afgørende for den fremtidige udvikling af storskala kvantecomputere."

Vi ved, at kvanteprocessorer viser en vis tolerance over for beregningsfejl. Men vi ved for lidt om, hvordan man forebygger og retter fejl på grund af et helt eller delvist tab af qubits.

Når kvantecomputere udarbejder dataene, nogle qubits kan gå helt tabt fra kvanteregistrene, eller de kan gå over til uønskede elektroniske tilstande. Resultatet af begge disse processer er et tab, der kan gøre kvanteprocessoren ubrugelig. Af denne grund, Det er ekstremt vigtigt at udtænke teoribaserede og eksperimentelle teknikker, der kan analysere og afbøde konsekvenserne af disse fejl.

"For at løse dette problem, det første, vores forskergruppe gjorde, var at udvikle en effektiv teoretisk tilgang til problemet, " siger Vodola. "Vi formåede at vise, at de oplysninger, der er gemt i et register med nogle qubits, kan beskyttes og fuldt ud hentes, hvis en af ​​disse qubits går tabt."

Derefter, forskergruppen implementerede denne protokol i en real-life kvanteprocessor. Det var ikke nemt, imidlertid. Ja, til at vurdere, om en qubit går tabt, en direkte måling vil ødelægge al den information, der er indeholdt i kvanteregistret.

Forskergruppen fandt på løsningen med at bruge en ekstra qubit, der fungerer som en sonde og kan vurdere tilstedeværelsen eller fraværet af andre qubits uden at ændre computerprocessen. Denne idé virkede, giver forskerne mulighed for at teste deres protokol i realtid.

"Vi er glade for resultaterne af denne test på fangede-ion kvanteprocessoren fra universitetet i Innsbruck, " bekræfter Vodola. "Den samme protokol kan implementeres i forskellige kvantecomputerarkitekturer, som i øjeblikket er under udvikling af andre forskningscentre eller private institutioner."