Fysikere viser, at selvkorrigerende kvantecomputere er teoretisk mulige

Quantum computing's enorme løfte inden for områder som kemi og kryptografi er også dens største udfordring:enhver antydning af fejl eller manipulation får hele beregningen til at styrte sammen. Den eneste måde at undgå dette på er at bruge flere kvantebits (qubits), byggestenene i kvanteinformation, til i det væsentlige at bakke hver qubit op. Men i praksis bliver dette umuligt, hvis kvantecomputeren bliver for stor.

"I nuværende kvanteprocessorer har du altid nogle fejl, og så tænker du måske, OK, jeg vil lige tilføje et par flere qubits til beskyttelse," sagde fysiker Alexey Gorshkov fra Joint Quantum Institute ved University of Maryland. Problemet er, at du begynder at få brug for eksponentielt mange flere qubits for at korrigere eksponentielt faldende fejlniveauer. "Til sidst er det bare urealistisk."

I deres papir, offentliggjort i Nature Physics, fandt Gorshkov og hans medforfattere, at brug af specielle, "topologisk ordnede" arrangementer af qubits kunne eliminere behovet for eksponentielle ressourcer til at rette fejl. "Vores indsigt var, vent et øjeblik, er det muligt at lave en form for topologisk kvantefejlskorrektion (TEC)," som kunne føre til den "hellige gral" af polynomial overhead? sagde Gorshkov, som også er hos National Institute of Standards and Technology. "Det er den vigtigste konstatering af vores papir."

Deres idé bunder i "fejlkorrigerende koder, som er bygget ud fra topologiske tilstande af stof - tilstande af stof, der ikke har nogen lokal orden, men i stedet er karakteriseret ved lang rækkevidde korrelationer, der kan bruges til at opdage og rette fejl," ifølge en Nature Physics News &Views-artikel.

Gennembruddet vil også have implikationer ud over kvanteberegning, siger Gorshkov, inden for områder som højenergipartikelfysik og statistisk fysik. "Kvantefejlkorrektion er en universel teknik til at kontrollere fejl i alle kvantesystemer, ikke kun i en kvantecomputer," sagde han. "Der er mange andre fysiske systemer, hvor disse teknikker kan afprøves, og det er virkelig spændende."