Forskare vid University of Sydney har för första gången visat förbättringar i kvantdatorer genom att använda koder som är utformade för att upptäcka och kassera fel i sådana maskiners logiska grindar.

"Detta är verkligen första gången som den utlovade fördelen för kvantlogikgrindar från teorin har förverkligats i en verklig kvantmaskin, "sade doktor Robin Harper, huvudförfattare till en ny artikel publicerad i veckan i den prestigefyllda tidningen, Fysiska granskningsbrev .

Kvantlogikportar bildas av intrasslade nätverk av ett litet antal kvantbitar, eller qubits. De är switcharna som tillåter kvantdatorer att köra algoritmer, eller recept, att bearbeta information och utföra beräkningar.

Dr Harper och hans kollega professor Steven Flammia, från School of Physics och University of Sydney Nano Institute, använde IBM:s kvantdator för att testa felkoder. De visade en förbättring av storleksordningen för att minska otrohet, eller felprocent, i kvantlogikportar, switcharna som kommer att ligga till grund för fullt fungerande kvantdatorer.

Dr Jay Gambetta, IBM -stipendiat och huvudteoretisk forskare med IBM Q, sade:"Detta dokument är ett bra exempel på hur forskare kan använda våra allmänt tillgängliga molnsystem för att undersöka grundläggande problem. Här visar Harper och Flammia att idéer om feltolerans kan utforskas på verkliga enheter som vi bygger och redan använder, i dag."

Kvantteknologi är fortfarande i sin linda men lovar att revolutionera datorerna under 2000 -talet genom att utföra beräkningar som anses vara utanför de största och snabbaste superdatorernas förmåga.

De kommer att göra detta med hjälp av de ovanliga egenskaperna hos materia i kvantskalan som gör att de kan bearbeta information med hjälp av qubits. Detta är beräkningselement som utnyttjar det faktum att kvantobjekt kan existera i ett obestämt tillstånd, känd som superposition, och kan bli "intrasslad", ett fenomen som beskriver beteende som inte ses i konventionella datorer.

Dock, elektroniskt "brus" stör lätt dessa tillstånd, snabbt producera fel i kvantberäkningar, vilket gör utvecklingen av användbara maskiner mycket svår.

"Nuvarande enheter tenderar att vara för små, med begränsad sammankoppling mellan qubits och är för 'bullriga' för att tillåta meningsfulla beräkningar, "Dr Harper sa." Men de är tillräckliga för att fungera som testbäddar för bevis på principbegrepp, som att upptäcka och eventuellt korrigera fel med kvantkoder. "

Medan de klassiska switcharna i din bärbara dator eller mobiltelefon kan fungera i många år utan fel, i detta skede börjar kvantomkopplare att misslyckas efter bara bråkdelar av en sekund.

"Ett sätt att se på detta är genom begreppet entropi, "sa professor Flammia." Alla system tenderar att störa. I konventionella datorer, system uppdateras enkelt och återställs med DRAM och andra metoder, effektivt dumpa entropin ur systemet, tillåter beställd beräkning, " han sa.

"I kvantsystem, effektiva återställningsmetoder för att bekämpa entropi är mycket svårare att konstruera. Koderna vi använder är ett sätt att dumpa denna entropi från systemet, "sade professor Flammia, som idag tilldelades den prestigefyllda Pawsey -medaljen av Australian Academy of Science.

Använda koder för att upptäcka och kassera fel på IBM:s kvantenhet, Dr Harper och professor Flammia visade felprocenten från 5,8 procent till 0,60 procent. Så snarare än att en av 20 kvantportar misslyckas, bara en av 200 skulle misslyckas, en storleksförbättring.

"Detta är ett viktigt steg framåt för att utveckla feltolerans i kvantsystem så att de kan skala upp till meningsfulla enheter, "Dr Harper sa.

Fysikerna, som båda är forskare med ARC Center of Excellence for Engineered Quantum Systems, betonade att detta var en demonstration av feltoleranta grindar på par qubits.

"Det är fortfarande en lång väg kvar innan kvantgemenskapen kan visa fultolerant beräkning, "Dr Harper sa. Han sa att andra grupper har visat förbättringar i andra aspekter av kvantanordningar med hjälp av koder. Nästa steg är att syntetisera och testa dessa tillvägagångssätt på enheter i större skala på några dussin qubits som möjliggör återanvändning och återinitialisering av qubits.

Företag som IBM, Google, Rigetti och IonQ har börjat eller håller på att börja låta kvantforskare testa sina teoretiska tillvägagångssätt på dessa små, bullriga maskiner.

"Dessa experiment är den första bekräftelsen på att den teoretiska förmågan att upptäcka fel i driften av logiska grindar med hjälp av kvantkoder är fördelaktig i dagens enheter, ett betydande steg mot målet att bygga storskaliga kvantdatorer, "Dr Harper sa.