För första gången, fysiker från universitetet i Innsbruck har intrasslat två kvantbitar fördelade över flera kvantobjekt och framgångsrikt överfört deras kvantegenskaper. Detta markerar en viktig milstolpe i utvecklingen av feltoleranta kvantdatorer. Forskarna publicerade sin rapport i Natur .

Även datorer kan räkna fel; små störningar förändrar lagrad information och korrumperar resultat. Så datorer använder metoder för att kontinuerligt korrigera sådana fel. I kvantdatorer, sårbarheten för fel kan minskas genom att lagra kvantinformation i mer än en enskild kvantpartikel. Dessa logiska kvantbitar är mindre känsliga för fel. Under de senaste åren har teoretiker har utvecklat många olika felkorrigeringskoder och optimerat dem för olika uppgifter.

"De mest lovande koderna inom kvantfelskorrigering är de som definieras på ett tvådimensionellt gitter, " förklarar Thomas Monz från Institutionen för experimentell fysik vid universitetet i Innsbruck. "Detta beror på att den fysiska strukturen hos nuvarande kvantdatorer mycket väl kan kartläggas genom sådana gitter." Med hjälp av koderna, logiska kvantbitar kan fördelas över flera kvantobjekt. Kvantfysikerna från Innsbruck har nu för första gången lyckats trassla in två kvantbitar kodade på detta sätt. Trasslingen av två kvantbitar är en viktig resurs för kvantdatorer, ger dem en prestandafördel jämfört med klassiska datorer.

En sorts kvantsymaskin

För deras experiment, fysikerna använder en jonfälla kvantdator med tio joner. In i dessa joner kodas de logiska kvantbitarna. Genom att använda en teknik som forskare kallar gallerkirurgi, ' två logiska qubits kodade på ett gitter kan 'sys ihop'.

"En ny, större qubit skapas från qubits som sys ihop på detta sätt, " förklarar Alexander Erhard från Innsbruck-teamet. I sin tur, en stor logisk qubit kan separeras i två individuella logiska qubits genom gitterkirurgi. I motsats till standardoperationerna mellan två logiska qubits, gitterkirurgi kräver endast operationer längs gränsen för de kodade qubits, inte på hela deras yta. "Detta minskar antalet operationer som krävs för att skapa intrassling mellan två kodade qubits, " förklarar de teoretiska fysikerna Nicolai Friis och Hendrik Poulsen Nautrup.

Nyckelteknologi för feltoleranta kvantdatorer

Gitterkirurgi anses vara en av nyckelteknikerna för driften av framtida feltoleranta kvantdatorer. Använda gallerkirurgi, fysikerna ledda av Thomas Monz och Rainer Blatt, tillsammans med de teoretiska fysikerna Hendrik Poulsen Nautrup och Hans Briegel från Institutionen för teoretisk fysik vid universitetet i Innsbruck och Nicolai Friis från Institutet för kvantoptik och kvantinformation (IQOQI) vid Österrikiska vetenskapsakademin i Wien, har nu visat genereringen av entanglement mellan två kodade qubits. Detta är den första experimentella realiseringen av icke-klassiska korrelationer mellan topologiskt kodade qubits. Vidare, forskarna kunde för första gången demonstrera teleporteringen av kvanttillstånd mellan två kodade kvantbitar.