En grundläggande barriär för att skala kvantberäkningsmaskiner är "qubit -interferens". I ny forskning publicerad i Vetenskapliga framsteg , ingenjörer och fysiker från Rigetti Computing beskriver ett genombrott som kan utöka storleken på praktiska kvantprocessorer genom att minska störningar.

Matt Reagor, huvudförfattare till tidningen, säger, "Vi har utvecklat en teknik som gör att vi kan minska störningar mellan qubits när vi lägger till fler och fler qubits till ett chip, sålunda behålla förmågan att utföra logiska operationer som är oberoende av tillståndet i ett (stort) kvantregister. "

För att förklara konceptet, Rigetti -teamet använder vinglas som en analogi till qubits:

Klinka ett vinglas, och du kommer att höra den ringa med sin resonansfrekvens (vanligtvis runt 400 Hz). Likaså, ljudvågor med den frekvensen kommer att få samma glas att vibrera. Olika former eller mängder vätska i ett glas kommer att producera olika klirringar, dvs olika resonansfrekvenser. Ett klickat vinglas kommer att orsaka identiska, närliggande glasögon för att vibrera. Glasögon som har olika former är "off-resonantglasögon, "vilket betyder att de inte kommer att vibrera mycket alls.

Så, vad är förhållandet mellan glasögon och qubits?

Reagor förklarar att varje fysisk qubit på en superledande kvantprocessor lagrar energi i form av en oscillerande elektrisk ström. "Tänk på varje qubit som ett vinglas, "säger han." Det logiska tillståndet för en qubit (t.ex. "0" eller "1") kodas av tillståndet för dess motsvarande elektriska strömmar. I vår analogi, detta motsvarar huruvida ett vinglas vibrerar eller inte. "

En mycket framgångsrik klass av intrasslande grindar för supraledande qubits fungerar genom att ställa in två eller flera qubits till resonans med varandra. Vid denna inställningspunkt, "vinglasen" tar upp varandras "vibrationer".

Denna effekt kan vara tillräckligt stark för att producera betydande, villkorliga vibrationsförändringar som kan utnyttjas som villkorlig logik. Tänk dig att hälla eller hälla av vin från ett av glasen för att få denna stämning att hända. Med qubits, det finns avstämbara kretselement som uppfyller samma syfte.

"När vi skala upp kvantprocessorer, det finns fler och fler vinglas att hantera när man kör en specifik villkorlig logikport, "säger Reagor." Tänk dig att ställa upp en handfull identiska glas med ökande mängder vin. Nu vill vi ställa in ett glas i resonans med ett annat, utan att störa någon av de andra glasögonen. Att göra det, du kan försöka utjämna vinhalten i glasen. Men den överföringen måste vara omedelbar för att inte skaka resten av glasögonen under vägen. Låt oss säga att ett glas har en resonans vid en frekvens (kallar det 400 Hz) medan ett annat, närliggande glas har ett annat (t.ex. 380 Hz). Nu, vi använder en lite subtil musikalisk effekt. Vi kommer faktiskt att fylla och tömma ett av glasen upprepade gånger. "

Han fortsätter:"Vi upprepar den påfyllningsoperationen vid skillnadsfrekvensen mellan glasen (här, 20 gånger per sekund, eller 20 Hz). Genom att göra så, vi skapar en beat-note för detta glas som är exakt resonans med det andra. Fysiker kallar detta ibland en parametrisk process. Vår beat-note är "ren"-den har inte frekvensinnehåll som stör de andra glasögonen. Det är vad vi har visat i vårt senaste arbete, där vi navigerade i en komplex åtta-qubit-processor med parametriska två-qubit-grindar. "

Reagor avslutar:"Även om denna analogi kan låta lite fantasifull, dess kartläggning på vår specifika teknik, ur matematisk synvinkel, är förvånansvärt korrekt. "