Forskare vid University of Sydney har visat förmågan att "se" framtiden för kvantsystem, och använde den kunskapen för att förhindra deras bortgång, i en stor prestation som kan bidra till att föra den konstiga och kraftfulla världen av kvantteknologi närmare verkligheten.

Tillämpningarna av kvantaktiverad teknik är övertygande och visar redan på betydande effekter - särskilt när det gäller avkänning och metrologi. Och potentialen att bygga exceptionellt kraftfulla kvantdatorer med hjälp av kvantbitar, eller qubits, driver investeringar från världens största företag.

Men ett betydande hinder för att bygga tillförlitliga kvanttekniker har varit randomisering av kvantsystem i deras miljöer, eller dekoherens, som effektivt förstör den användbara kvantkaraktären.

Fysikerna har tagit ett tekniskt kvantsprång för att ta itu med detta, använda tekniker från stora data för att förutsäga hur kvantsystem kommer att förändras och sedan förhindra att systemets sammanbrott inträffar.

Forskningen publiceras idag i Naturkommunikation .

"Så mycket som de enskilda komponenterna i mobiltelefoner så småningom kommer att misslyckas, så även kvantsystem, "sade tidningens författare professor Michael J. Biercuk.

"Men inom kvanttekniken mäts livslängden i allmänhet i bråkdelar av en sekund, snarare än år. "

Professor Biercuk, från University of Sydney's School of Physics och en chefsutredare vid Australian Research Council's Center for Engineered Quantum Systems, sa att hans grupp hade visat att det var möjligt att undertrycka avkoherens på ett förebyggande sätt. Nyckeln var att utveckla en teknik för att förutsäga hur systemet skulle gå sönder.

Professor Biercuk belyste utmaningarna med att göra förutsägelser i en kvantvärld:"Människor använder rutinmässigt prediktiva tekniker i vår dagliga upplevelse; när vi spelar tennis förutspår vi var bollen kommer att hamna baserat på observationer av den luftburna bollen, " han sa.

"Detta fungerar eftersom reglerna som styr hur bollen kommer att röra sig, som gravitation, är regelbundna och kända. Men tänk om reglerna ändrades slumpmässigt medan bollen var på väg till dig? I så fall är det nästan omöjligt att förutsäga den bollens framtida beteende.

"Och ändå är denna situation exakt vad vi hade att ta itu med eftersom upplösningen av kvantsystem är slumpmässig. Dessutom, i kvantområdet raderar observationen kvantiteten, så vårt team behövde kunna gissa hur och när systemet slumpmässigt skulle gå sönder.

"Vi behövde effektivt svänga på den slumpmässigt rörliga tennisbollen med ögonbindel."

Teamet vände sig till maskininlärning för att få hjälp med att hålla sina kvantsystem - qubits realiserade i instängda atomer - från att gå sönder.

Det som kan se ut som slumpmässigt beteende innehöll faktiskt tillräckligt med information för att ett datorprogram skulle kunna gissa hur systemet skulle förändras i framtiden. Det skulle då kunna förutsäga framtiden utan direkt observation, som annars skulle radera systemets användbara egenskaper.

Prognoserna var anmärkningsvärt korrekta, låta laget använda sina gissningar förebyggande för att kompensera för de förväntade förändringarna.

Genom att göra detta i realtid tillät laget att förhindra upplösning av kvantkaraktären, förlängning av qubits livslängd.

"Vi vet att bygga verklig kvantteknik kommer att kräva stora framsteg i vår förmåga att kontrollera och stabilisera qubits - för att göra dem användbara i applikationer, "Sade professor Biercuk.

Våra tekniker gäller alla qubit, inbyggd i vilken teknik som helst, inklusive de speciella superledande kretsarna som används av stora företag.

"Vi är glada över att kunna utveckla nya möjligheter som förvandlar kvantsystem från nyheter till användbar teknik. Kvantefrågan ser bättre ut hela tiden, "Sade professor Biercuk.