I ett färskt nummer av Fysisk granskning A , Argonne-forskare rapporterade en ny metod för att lindra effekterna av "brus" i kvantinformationssystem, en utmaning som forskare runt om i världen arbetar för att möta i kapplöpningen mot en ny era av kvantteknologi. Den nya metoden har konsekvenser för framtiden för kvantinformationsvetenskap, inklusive kvantberäkning och kvantavkänning.

Många aktuella kvantinformationsapplikationer, som att utföra en algoritm på en kvantdator, lider av "dekoherens" - en förlust av information på grund av "brus, " som är inneboende i kvanthårdvara. Matthew Otten, en Maria Goeppert Mayer-stipendiat vid Argonne, och Stephen Gray, gruppledare för teori och modellering vid Center for Nanoscale Materials, en användarfacilitet för US Department of Energy Office of Science, har utvecklat en ny teknik som återställer denna förlorade information genom att upprepa kvantprocessen eller experimentet många gånger, med lite olika ljudegenskaper, och sedan analysera resultaten.

Efter att ha samlat in resultat genom att köra processen många gånger i följd eller parallellt, forskarna konstruerar en hyperyta där en axel representerar resultatet av en mätning och de andra två (eller flera) axlarna representerar olika bullerparametrar. Denna hyperyta ger en uppskattning av det brusfria observerbara och ger information om effekten av varje brushastighet.

"Det är som att ta en serie felaktiga fotografier, sade Otten. "Varje foto har ett fel, men på en annan plats i bilden. När vi sammanställer alla tydliga bitar från de felaktiga fotona tillsammans, vi får en tydlig bild."

Genom att tillämpa denna teknik reduceras kvantbrus effektivt utan behov av ytterligare kvanthårdvara.

"Detta är en mångsidig teknik som kan göras med separata kvantsystem som genomgår samma process samtidigt, sa Otten.

"Man kan skapa flera små kvantenheter och köra dem parallellt, " sa Gray. "Med vår metod, man skulle kombinera resultaten på hyperytan och generera ungefärliga brusfria observerbara mätvärden. Resultaten skulle hjälpa till att utöka användbarheten av kvantanordningarna innan dekoherensen sätter in."

"Vi genomförde framgångsrikt en enkel demonstration av vår metod på Rigetti 8Q-Agave kvantdator, ", sa Otten. "Denna klass av metoder kommer sannolikt att ha stor användning i kortsiktiga kvantenheter."

Forskarnas arbete som beskrivs ovan visas i Fysisk granskning A och har titeln "Återvinning av brusfria kvantobservbara mätvärden."

Otten och Gray har också utvecklat en liknande och något mindre beräkningskomplex process för att uppnå brusreducerande resultat baserat på att korrigera en qubit åt gången för att approximera resultatet för alla qubits som korrigeras samtidigt. En qubit, eller kvantbit, är motsvarigheten i kvantberäkning till den binära siffran eller biten som används i klassisk beräkning.

"I detta tillvägagångssätt, vi antar att bruset kan reduceras på varje qubit individuellt, som, samtidigt som det är experimentellt utmanande, leder till ett mycket enklare databehandlingsproblem och resulterar i en uppskattning av det brusfria resultatet, " konstaterade Otten.