Blueprint for fejltolerante qubits

At bygge en universel kvantecomputer er en udfordrende opgave på grund af kvantebits skrøbelighed, eller qubits for korte. For at håndtere dette problem, Der er udviklet forskellige typer fejlretning. Konventionelle metoder gør dette ved hjælp af aktive korrektionsteknikker. I modsætning, forskere ledet af prof. David DiVincenzo fra Forschungszentrum Jülich og RWTH Aachen University, sammen med partnere fra University of Basel og QuTech Delft, har nu foreslået et design til et kredsløb med passiv fejlkorrektion. Et sådant kredsløb ville allerede være iboende fejlbeskyttet og kunne markant accelerere konstruktionen af ​​en kvantecomputer med et stort antal qubits.

For at indkode kvanteinformation på en pålidelig måde, som regel, flere uperfekte qubits kombineres for at danne en såkaldt logisk qubit. Kvantefejlkorrektionskoder, eller QEC-koder for korte, gør det således muligt at opdage fejl og efterfølgende rette dem, således at kvanteinformationen bevares over længere tid.

I princippet, teknikkerne fungerer på samme måde som aktiv støjreduktion i hovedtelefoner:I et første trin, enhver fejl opdages. Derefter, der udføres en korrigerende handling for at fjerne fejlen og gendanne informationen til dens oprindelige rene form.

Imidlertid, anvendelsen af ​​en sådan aktiv fejlkorrektion i en kvantecomputer er meget kompleks og kommer med en omfattende brug af hardware. Typisk, kompleks fejlkorrigerende elektronik er påkrævet for hver qubit, gør det vanskeligt at bygge kredsløb med mange qubits, som krævet for at bygge en universel kvantecomputer.

Det foreslåede design for et superledende kredsløb, på den anden side, har en slags indbygget fejlretning. Kredsløbet er designet på en sådan måde, at det allerede er iboende beskyttet mod miljøstøj, mens det stadig kan kontrolleres. Konceptet omgår dermed behovet for aktiv stabilisering på en yderst hardwareeffektiv måde, og ville derfor være en lovende kandidat til en fremtidig storskala kvanteprocessor, der har et stort antal qubits.

"Ved at implementere en gyrator - en to-ports enhed, der kobler strøm på den ene port til spændingen på den anden - mellem to superledende enheder (såkaldte Josephson junctions), vi kunne give afkald på kravet om aktiv fejldetektion og stabilisering:når det er kølet ned, qubit'en er i sagens natur beskyttet mod almindelige typer støj, sagde Martin Rymarz, en ph.d. studerende i gruppen af ​​David DiVincenzo og første forfatter af papiret, udgivet i Fysisk gennemgang X.

"Jeg håber, at vores arbejde vil inspirere til indsats i laboratoriet; jeg erkender, at dette, ligesom mange af vores forslag, kan være lidt forud for sin tid", sagde David DiVincenzo, Grundlægger af JARA-instituttet for kvanteinformation ved RWTH Aachen University og direktør for Institut for Teoretisk Nanoelektronik (PGI-2) ved Forschungszentrum Jülich. "Alligevel, i betragtning af den faglige ekspertise, der er til rådighed, vi anerkender muligheden for at teste vores forslag i laboratoriet inden for en overskuelig fremtid."

David DiVincenzo betragtes som en pioner inden for udviklingen af ​​kvantecomputere. Blandt andet, hans navn er forbundet med de kriterier, som en kvantecomputer skal opfylde, de såkaldte 'DiVincenzo-kriterier.'