Kvantvärlden är skör; felkorrigeringskoder behövs för att skydda informationen som lagras i ett kvantobjekt från störande effekter av brus. Kvantfysiker i Innsbruck har utvecklat ett protokoll för att skicka kvantinformation mellan olika kodade byggstenar i en framtida kvantdator, såsom processorer och minnen. Forskare kan använda detta protokoll i framtiden för att bygga en databuss för kvantdatorer. Forskarna har publicerat sitt arbete i tidskriften Naturkommunikation .

Framtida kvantdatorer kommer att kunna lösa problem där konventionella datorer misslyckas idag. Vi är fortfarande långt borta från någon storskalig implementering, dock, eftersom kvantsystem är mycket känsliga för omgivningsbuller. Även om system i princip kan skyddas mot buller, forskare har kunnat bygga endast små prototyper av kvantdatorer experimentellt.

Ett sätt att minska felfrekvensen är genom att koda kvantinformation inte i en enda kvantpartikel utan i flera kvantobjekt. Dessa logiska kvantbitar eller kvantbitar är mer robusta mot brus. De senaste åren, teoretiska fysiker har utvecklat en hel rad felkorrigeringskoder och optimerat dem för specifika uppgifter. Fysikerna Hendrik Poulsen Nautrup och Hans Briegel från Institutet för teoretisk fysik vid universitetet i Innsbruck och Nicolai Friis, nu vid Institutet för kvantoptik och kvantinformation i Wien, har hittat en teknik för att överföra kvantinformation mellan system som är kodade på olika sätt.

Gränssnitt mellan processor och minne

I likhet med klassiska datorer, framtida kvantdatorer kan byggas med olika komponenter. Forskare har redan byggt småskaliga kvantprocessorer och minnen experimentellt, och de har använt olika protokoll för att koda logiska qubits:Till exempel, för kvantprocessorer använder de så kallade färgkoder och för kvantminnen ytkoder. "För att de två systemen ska interagera med varandra kvantmekaniskt, vi måste koppla ihop dem, " säger doktoranden Hendrik Poulsen Nautrup. "Vi har utvecklat ett protokoll som gör det möjligt för oss att slå samman kvantsystem som är kodade på olika sätt." Forskarna föreslår att man lokalt ska modifiera specifika delar av de kodade kvantbitarna. Denna process kallas även gitterkirurgi, som används för att koppla system som kvantprocessorer och minnen. När systemen tillfälligt har "sytts ihop" kvantinformation kan teleporteras från processorn till minnet och vice versa. "I likhet med en databuss i en konventionell dator, forskare kan använda denna teknik för att ansluta komponenterna i en kvantdator, " förklarar Poulsen Nautrup.

Detta nya schema är ytterligare ett steg mot att bygga en universell kvantdator och forskning för experimentell realisering pågår. Forskningen har bedrivits inom ramen för doktorandprogrammet Atoms, Ljus, och molekyler som erbjuds vid universitetet i Innsbruck och finansierades av den österrikiska vetenskapsfonden och Templeton World Charity Foundation.