Forskargruppen utvecklade och implementerade ett nytt protokoll som möjliggör skydd och korrigering av den sköra kvantinformationen vid fel på grund av qubitförlust. Upphovsman:Harald Ritsch / IQOQI
Även kvantdatorer gör misstag. Deras datorförmåga är extraordinär, överlägset den hos klassiska datorer. Detta beror på att kretsar i kvantdatorer är baserade på qubits som inte bara kan representera nollor eller enor, men också superpositioner av båda tillstånden med hjälp av kvantmekanikens principer. Trots deras stora potential, qubits är extremt ömtåliga och utsatta för fel på grund av interaktioner med den yttre miljön.
För att lösa denna viktiga fråga, en internationell forskargrupp utvecklade och implementerade ett nytt protokoll som skyddar bräcklig kvantinformation och korrigerar fel på grund av förlust av qubit. Denna forskargrupp publicerade resultaten av sin studie i Natur .
"Att utveckla en fullt fungerande kvantprocessor utgör fortfarande en stor utmaning för forskare över hela världen, "förklarar Davide Vodola som är en av författarna till studien samt forskare vid universitetet i Bologna." Denna forskning tillät oss, för första gången, att implementera ett protokoll som kan upptäcka och, på samma gång, rätta fel på grund av qubit -förlust. Denna förmåga kan visa sig vara avgörande för framtida utveckling av storskaliga kvantdatorer. "
Vi vet att kvantprocessorer visar en viss tolerans mot beräkningsfel. Men vi vet för lite om hur man förebygger och korrigerar fel på grund av en fullständig eller delvis förlust av qubits.
När kvantdatorer utarbetar data, vissa qubits kan förloras helt från kvantregistren eller de kan övergå till oönskade elektroniska tillstånd. Resultatet av båda dessa processer är en förlust som kan göra kvantprocessorn värdelös. Av denna anledning, att ta fram teoribaserade och experimentella tekniker som kan analysera och mildra konsekvenserna av dessa fel är oerhört viktigt.
"För att lösa det här problemet, det första vår forskargrupp gjorde var att utveckla ett effektivt teoretiskt förhållningssätt till frågan, "säger Vodola." Vi lyckades visa att informationen som lagras i ett register med några qubits kan skyddas och hämtas helt om en av dessa qubits går vilse. "
Sedan, forskargruppen implementerade detta protokoll i en verklig kvantprocessor. Det här var inte lätt, dock. Verkligen, för att bedöma om en qubit går förlorad, en direkt mätning kommer att förstöra all information som finns i kvantregistret.
Forskargruppen kom fram till lösningen att använda en ytterligare qubit som fungerar som en sond och kan bedöma närvaron eller frånvaron av andra qubits utan att ändra datorprocessen. Denna idé fungerade, så att forskarna framgångsrikt kan testa sitt protokoll i realtid.
"Vi är nöjda med resultaten av detta test på den fångade jonkvantprocessorn vid universitetet i Innsbruck, "bekräftar Vodola." Samma protokoll kan implementeras i olika kvantdatorarkitekturer som för närvarande är under utveckling av andra forskningscentra eller privata institutioner. "