En studie som leds av fysiker vid Swansea University i Wales, utförs av ett internationellt team av forskare och publiceras i tidskriften Fysisk granskning X visar att jonfälleteknologier som finns tillgängliga idag är lämpliga för att bygga storskaliga kvantdatorer. Forskarna introducerar protokoll för korrigering av kvantfel med instängda joner som upptäcker och korrigerar bearbetningsfel.

För att nå sin fulla potential, dagens kvantdatorprototyper måste uppfylla specifika kriterier:Först, de måste göras större, vilket innebär att de måste bestå av ett betydligt högre antal kvantbitar. Andra, de måste kunna hantera fel. "Vi misslyckas fortfarande med att köra komplexa beräkningar eftersom miljöbrus och fel gör att systemet går ur kontroll, "säger kvantfysikern Rainer Blatt i Innsbruck." Genom att använda kvantfelkorrigering, vi kan svara på denna utmaning bättre. "Klassiska datorer använder liknande scheman för att upptäcka och korrigera fel under datalagring och överföring:Innan data lagras och överförs, redundans läggs till data vanligtvis i form av ytterligare bitar som upptäcker och korrigerar fel. Forskare har utvecklat jämförbara system för kvantdatorer, där kvantinformation kodas i flera intrasslade fysiska kvantbitar. "Här utnyttjar vi kvantmekaniska egenskaper för feldetektering och korrigering, "förklarar Markus Müller från Swansea University, Wales. "Om vi ​​kan hålla bullret under en viss tröskel, vi kommer att kunna bygga kvantdatorer som kan utföra kvantberäkningar av godtycklig komplexitet genom att öka antalet intrasslade kvantbitar i enlighet därmed. "

Fånga joner i en labyrint

Markus Müller och hans kollega Alejandro Bermudez Carballo förklarar att för att uppnå detta mål, de tekniska plattformarnas möjligheter måste utnyttjas optimalt. "För fördelaktig felkorrigering behöver vi kvantkretsar som är stabila och fungerar tillförlitligt under realistiska förhållanden även om ytterligare fel uppstår under felkorrigeringen, "förklarar Bermudez. De introducerade nya varianter av feltoleranta protokoll och undersökte hur dessa kan implementeras med för närvarande tillgängliga operationer på kvantdatorer. Forskarna fann att en ny generation av segmenterade jonfällor erbjuder idealiska förhållanden för processen:Joner kan skjutas snabbt över olika segment av fällmatrisen. Precis tidsinställda processer tillåter parallella operationer i olika lagrings- och behandlingsregioner. Genom att använda två olika typer av joner i en fälla, forskare kan använda en typ som bärare av data qubits medan den andra kan användas för felmätning, bullerdämpning och kylning.

En ny generation kvantdatorer

Bygga på den experimentella erfarenheten av forskargrupper i Innsbruck, Mainz, I Zürich och Sydney definierade forskarna kriterier som gör det möjligt för forskarna att avgöra om kvantfelkorrigeringen är fördelaktig. Genom att använda denna information kan de vägleda utvecklingen av framtida jonfälla kvantdatorer med målet att förverkliga en logisk kvantbit inom en snar framtid som, skyldig till felkorrigering, överstiger egenskaperna hos en ren fysisk kvantbit.

Simon Benjamins forskargrupp vid University of Oxford visade genom komplexa numeriska simuleringar av de nya felkorrigeringsprotokollen hur hårdvaran i nästa generations jonfälla kvantdatorer måste byggas för att kunna bearbeta information feltolerant. "Våra numeriska resultat visar tydligt att toppmoderna jonfälleteknologier är väl lämpade att fungera som plattformar för att konstruera storskaliga fälttoleranta kvantdatorer, "förklarar Benjamin.