Forskere finder en ny måde at korrigere autonome kvantefejl på

Fælles hær- og luftvåben-finansierede forskere har taget et skridt i retning af at bygge en fejltolerant kvantecomputer, som kunne give forbedrede databehandlingsmuligheder.

Quantum computing har potentialet til at levere nye computerfunktioner til, hvordan hæren planlægger at kæmpe og vinde i det, den kalder multi-domæne operationer. Det kan også fremme materialeopdagelse, kunstig intelligens, biokemisk teknik og mange andre discipliner, der er nødvendige for det fremtidige militær; imidlertid, fordi qubits, de grundlæggende byggesten i kvantecomputere, er i sig selv skrøbelige, en langvarig barriere for kvanteberegning har været effektiv implementering af kvantefejlkorrektion.

Forskere ved University of Massachusetts Amherst identificerede en måde at beskytte kvanteinformation fra en almindelig fejlkilde i superledende systemer, en af ​​de førende platforme til realisering af kvantecomputere i stor skala. Forskningen, udgivet i Natur , realiseret en ny måde, hvorpå kvantefejl spontant kan korrigeres.

ARO er en del af U.S. Army Combat Capabilities Development Command, kendt som DEVCOM, Hærens forskningslaboratorium. AFOSR støtter grundforskning for Air Force og Space Force som en del af Air Force Research Laboratory.

"Dette er en meget spændende bedrift, ikke kun på grund af det grundlæggende fejlkorrektionskoncept, som holdet var i stand til at demonstrere, men også fordi resultaterne tyder på, at denne overordnede tilgang kan være egnet til implementeringer med høj ressourceeffektivitet, sagde Dr. Sara Gamble, programleder for kvanteinformationsvidenskab, ARO. "Effektivitet er stadig vigtigere, efterhånden som kvanteberegningssystemer vokser i størrelse til de skalaer, vi har brug for til hærens relevante applikationer."

Nutidens computere er bygget med transistorer, der repræsenterer klassiske bits, enten en 1 eller 0. Kvanteberegning er et nyt paradigme for beregning ved hjælp af kvantebits eller qubits, hvor kvantesuperposition og sammenfiltring kan udnyttes til eksponentielle gevinster i processorkraft.

Eksisterende demonstrationer af kvantefejlkorrektion er aktive, hvilket betyder, at de kræver periodisk kontrol for fejl og omgående udbedring af dem. Dette kræver hardwareressourcer og hindrer dermed skalering af kvantecomputere.

I modsætning, forskernes eksperiment opnår passiv kvantefejlkorrektion ved at skræddersy den friktion eller dissipation, som qubitten oplever. Fordi friktion almindeligvis betragtes som nemesis af kvantekohærens, dette resultat kan virke overraskende. Tricket er, at dissipationen skal designes specifikt på en kvante måde.

Denne generelle strategi har været kendt i teorien i omkring to årtier, men en praktisk måde at opnå en sådan dissipation og tage den i brug til kvantefejlkorrektion har været en udfordring.

"At demonstrere sådanne utraditionelle tilgange vil forhåbentlig anspore til flere smarte ideer til at overvinde nogle af de mest udfordrende problemer for kvantevidenskab, " sagde Dr. Grace Metcalfe, programmedarbejder for Quantum Information Science ved AFOSR.

Ser frem til, forskere sagde, at implikationen er, at der kan være flere muligheder for at beskytte qubits mod fejl og gøre det billigere.

"Selvom vores eksperiment stadig er en ret rudimentær demonstration, vi har endelig opfyldt denne kontraintuitive teoretiske mulighed for dissipativ QEC, " sagde Dr. Chen Wang, University of Massachusetts Amherst fysiker. "Dette eksperiment rejser udsigterne til potentielt at bygge en nyttig fejltolerant kvantecomputer på mellemlang til lang sigt."