En funktionell kvantdator är ett av kvantteknologins mest spännande löften. Med avsevärt ökad datorkraft, kvantdatorer kommer att kunna lösa uppgifter som konventionella datorer inte kan hantera, som att förstå och uppfinna nya material eller läkemedel samt testa gränserna för kryptografiska tekniker.

Precis som i konventionella datorer, termen kvantbit eller kvantbit syftar på den grundläggande enheten i kvantinformation. Nuvarande, de mest avancerade metoderna för att förverkliga dem är supraledande kretsar och instängda joner. Den förstnämnda lagrar kvantinformation i elektroniska komponenter, den senare i olika energinivåer för enstaka atomer. Genom att använda supraledande kretsar, Forskare har nyligen lyckats visa att kvantdatorer kan utföra högt specialiserade uppgifter som konventionella datorer inte kan hantera. Dock, i motsats till alla andra metoder, joner ger betydligt lägre felfrekvenser i driften.

För att minska felfrekvensen ytterligare och ge tillförlitlig drift mycket snabbare, forskare vid Leibniz University Hannover och Physikalisch-Technische Bundesanstalt (PTB) har nu utvecklat en ny metod. Deras resultat har publicerats i det senaste numret av den vetenskapliga tidskriften Fysiska granskningsbrev .

I sitt tillvägagångssätt, joner fångas under vakuum genom att använda elektriska fält ovanför en chipstruktur. Qubit-operationer implementeras genom att sända mikrovågssignaler genom speciella ledarslingor inbäddade i chipstrukturen. Vanligtvis, logiska operationer utförs via extremt noggrant kontrollerade laserstrålar. Att använda mikrovågsfält har fördelen att de både är relativt lätta att styra och en mycket mogen teknologi eftersom de är allestädes närvarande i många produkter från flygplan till mobiltelefoner.

Inom ramen för studien, forskare undersökte de mest effektiva metoderna för operationer på qubits. Detta är också en mycket relevant fråga i konventionella datorchips, eftersom mängden energi som behövs per operation avgör hur många av dem som kan bearbetas per sekund innan chipet börjar överhettas. När det gäller jonfälla mikrovågs kvantdatorer, forskarna lyckades visa att specifikt formade mikrovågspulser, där fältet slås på och av smidigt, producera felfrekvenser 100 gånger lägre än de där fälten helt enkelt slås på och av - med samma energiinmatning och trots förekomst av buller. För det här syftet, teamet introducerade ytterligare och noggrant kontrollerat brus i experimentet och fastställde driftsfel för olika nivåer av injicerat brus såväl som för båda pulsformerna. "Detta gjorde en enorm skillnad för vårt experiment, sa Giorgio Zarantonello, en av författarna till studien. "Förr, Att hitta lämpliga operationer involverade mycket försök och misstag samt en lång optimeringsprocess innan ett ögonblick med mycket lite brus kunde fångas. Allt vi behöver göra nu är att slå på experimentet och det fungerar."

Efter att ha visat att grundläggande operationer med låga felprocent är möjliga, forskarna syftar nu till att överföra sina resultat till mer komplexa uppgifter. Avsikten är att uppnå mindre än ett fel i varje tiotusen operation, vilket är när skalning till ett stort antal qubits blir effektivt. För denna uppgift, de har redan utvecklat en patenterad mikrofabriceringsteknik som stöder lagring och manipulation av ett stort antal qubits i en chipstruktur.