Fejlbeskyttede kvantebits viklet ind for første gang

For første gang, fysikere fra universitetet i Innsbruck har viklet to kvantebits fordelt over flere kvanteobjekter og med succes overført deres kvanteegenskaber. Dette markerer en vigtig milepæl i udviklingen af ​​fejltolerante kvantecomputere. Forskerne offentliggjorde deres rapport i Natur .

Selv computere kan fejlberegne; små forstyrrelser ændrer lagrede oplysninger og korrupte resultater. Så computere bruger metoder til løbende at rette sådanne fejl. I kvantecomputere, sårbarheden over for fejl kan reduceres ved at lagre kvanteinformation i mere end en enkelt kvantepartikel. Disse logiske kvantebits er mindre følsomme over for fejl. I de seneste år, teoretikere har udviklet mange forskellige fejlkorrektionskoder og optimeret dem til forskellige opgaver.

"De mest lovende koder inden for kvantefejlkorrektion er dem, der er defineret på et todimensionalt gitter, "forklarer Thomas Monz fra Institut for Eksperimentel Fysik ved Universitetet i Innsbruck." Dette skyldes det faktum, at de nuværende kvantecomputers fysiske struktur meget godt kan kortlægges gennem sådanne gitter. "Ved hjælp af koderne, logiske kvantebits kan fordeles over flere kvanteobjekter. Kvantefysikerne fra Innsbruck er nu lykkedes for første gang at sammenfiltre to kvantebits kodet på denne måde. Indvikling af to kvantebit er en vigtig ressource for kvantecomputere, giver dem en ydelsesfordel i forhold til klassiske computere.

En slags kvante symaskine

Til deres eksperiment, fysikerne bruger en ion-trap-kvantecomputer med ti ioner. I disse ioner er de logiske kvantebits kodet. Ved hjælp af en teknik, som forskere omtaler som 'gitteroperation, 'to logiske qubits kodet på et gitter kan' syes sammen '.

"En ny, større qubit er skabt af qubits syet sammen på denne måde, "forklarer Alexander Erhard fra Innsbruck -holdet. Til gengæld en stor logisk qubit kan adskilles i to individuelle logiske qubits ved gitteroperation. I modsætning til standardoperationer mellem to logiske qubits, gitteroperation kræver kun operationer langs grænsen for de kodede qubits, ikke på hele deres overflade. "Dette reducerer antallet af operationer, der kræves for at skabe sammenfiltring mellem to kodede qubits, "forklar de teoretiske fysikere Nicolai Friis og Hendrik Poulsen Nautrup.

Nøgleteknologi til fejltolerante kvantecomputere

Gitteroperation betragtes som en af ​​nøgleteknikkerne til drift af fremtidige fejltolerante kvantecomputere. Brug af gitterkirurgi, fysikerne ledet af Thomas Monz og Rainer Blatt, sammen med de teoretiske fysikere Hendrik Poulsen Nautrup og Hans Briegel fra Institut for Teoretisk Fysik ved University of Innsbruck og Nicolai Friis fra Institute of Quantum Optics and Quantum Information (IQOQI) fra det østrigske videnskabsakademi i Wien, har nu demonstreret generering af sammenfiltring mellem to kodede qubits. Dette er den første eksperimentelle erkendelse af ikke-klassiske korrelationer mellem topologisk kodede qubits. Desuden, forskerne var i stand til for første gang at demonstrere teleportering af kvantetilstande mellem to kodede qubits.