Quantecomputer fungerer med mere end nul og én

Vi lærer alle fra tidligt, at computere arbejder med nuller og ettaller, også kendt som binær information. Denne tilgang har været så vellykket, at computere nu driver alt fra kaffemaskiner til selvkørende biler, og det er svært at forestille sig et liv uden dem.

Med udgangspunkt i denne succes er nutidens kvantecomputere også designet med binær informationsbehandling i tankerne. "Kvantecomputeres byggeklodser er dog mere end blot nuller og etaller," forklarer Martin Ringbauer, en eksperimentel fysiker fra Innsbruck, Østrig. "Ved at begrænse dem til binære systemer forhindrer disse enheder i at leve op til deres sande potentiale."

Holdet ledet af Thomas Monz ved Institut for Eksperimentel Fysik ved Universitetet i Innsbruck er nu lykkedes med at udvikle en kvantecomputer, der kan udføre vilkårlige beregninger med såkaldte kvantecifre (qubits), og derved låse op for mere regnekraft med færre kvantepartikler. Deres undersøgelse er offentliggjort i Nature Physics .

Kvantesystemer er forskellige

Selvom lagring af information i nuller og etaller ikke er den mest effektive måde at lave beregninger på, er det den enkleste måde. Simpel betyder ofte også pålidelig og robust, så binær information er blevet den uimodsagte standard for klassiske computere.

I kvanteverdenen er situationen en ganske anden. I Innsbruck kvantecomputer, for eksempel, er information lagret i individuelle fangede Calcium-atomer. Hvert af disse atomer har naturligt otte forskellige tilstande, hvoraf typisk kun to bruges til at lagre information. Faktisk har næsten alle eksisterende kvantecomputere adgang til flere kvantetilstande, end de bruger til beregning.

En naturlig tilgang til hardware og software

Fysikerne fra Innsbruck har nu udviklet en kvantecomputer, der kan udnytte disse atomers fulde potentiale ved at beregne med qubits. I modsætning til det klassiske tilfælde gør brug af flere tilstande ikke computeren mindre pålidelig. "Kvantesystemer har naturligvis mere end blot to tilstande, og vi viste, at vi kan kontrollere dem alle lige godt," siger Thomas Monz.

På den anden side er mange af de opgaver, der kræver kvantecomputere, såsom problemer inden for fysik, kemi eller materialevidenskab, også naturligt udtrykt i qudit-sproget. At omskrive dem til qubits kan ofte gøre dem for komplicerede til nutidens kvantecomputere. "At arbejde med mere end nuller og etaller er meget naturligt, ikke kun for kvantecomputeren, men også for dens applikationer, hvilket giver os mulighed for at låse op for kvantesystemernes sande potentiale," forklarer Martin Ringbauer. + Udforsk yderligere

Fejlfri kvanteberegning bliver ægte