Gemensamma armé- och flygvapenfinansierade forskare har tagit ett steg mot att bygga en feltolerant kvantdator, vilket skulle kunna ge förbättrade databehandlingsmöjligheter.

Quantum computing har potential att leverera nya datormöjligheter för hur armén planerar att slåss och vinna i vad den kallar multidomänoperationer. Det kan också främja materialupptäckten, artificiell intelligens, biokemisk ingenjörskonst och många andra discipliner som behövs för den framtida militären; dock, eftersom qubits, de grundläggande byggstenarna i kvantdatorer, är i sig bräckliga, en långvarig barriär för kvantberäkning har varit effektiv implementering av kvantfelskorrigering.

Forskare vid University of Massachusetts Amherst identifierade ett sätt att skydda kvantinformation från en vanlig felkälla i supraledande system, en av de ledande plattformarna för realisering av storskaliga kvantdatorer. Forskningen, publicerad i Natur , insåg ett nytt sätt för kvantfel att spontant korrigeras.

ARO är en del av U.S. Army Combat Capabilities Development Command, känd som DEVCOM, Arméns forskningslaboratorium. AFOSR stöder grundforskning för flygvapnet och rymdstyrkan som en del av flygvapnets forskningslaboratorium.

"Detta är en mycket spännande prestation, inte bara på grund av det grundläggande felkorrigeringskonceptet som teamet kunde visa, men också för att resultaten tyder på att detta övergripande tillvägagångssätt kan vara mottagligt för implementeringar med hög resurseffektivitet, sa Dr Sara Gamble, programledare för kvantinformationsvetenskap, ARO. "Effektivitet blir allt viktigare när kvantberäkningssystem växer i storlek till den skala vi behöver för armérelevanta applikationer."

Dagens datorer är byggda med transistorer som representerar klassiska bitar, antingen en 1 eller 0. Kvantberäkning är ett nytt paradigm för beräkning som använder kvantbitar eller qubitar, där kvantöverlagring och intrassling kan utnyttjas för exponentiella vinster i processorkraft.

Befintliga demonstrationer av kvantfelskorrigering är aktiva, vilket innebär att de med jämna mellanrum måste kontrollera för fel och omedelbart åtgärda dem. Detta kräver hårdvaruresurser och hindrar därmed skalningen av kvantdatorer.

I kontrast, forskarnas experiment uppnår passiv kvantfelskorrigering genom att skräddarsy friktionen eller förlusten som qubiten upplever. Eftersom friktion vanligtvis anses vara kvantkoherensens nemesis, detta resultat kan verka överraskande. Tricket är att förlusten måste utformas specifikt på ett kvantsätt.

Denna allmänna strategi har varit känd i teorin i ungefär två decennier, men ett praktiskt sätt att erhålla sådan förlust och använda den för kvantfelskorrigering har varit en utmaning.

"Att demonstrera sådana icke-traditionella tillvägagångssätt kommer förhoppningsvis att stimulera till fler smarta idéer för att övervinna några av de mest utmanande frågorna för kvantvetenskap, " sa Dr Grace Metcalfe, programansvarig för Quantum Information Science på AFOSR.

Ser fram emot, forskare sa att implikationen är att det kan finnas fler sätt att skydda qubits från fel och göra det billigare.

"Även om vårt experiment fortfarande är en ganska rudimentär demonstration, vi har äntligen uppfyllt denna kontraintuitiva teoretiska möjlighet till försvinnande QEC, " sa Dr Chen Wang, University of Massachusetts Amherst fysiker. "Detta experiment höjer utsikterna för att potentiellt bygga en användbar feltolerant kvantdator på medellång till lång sikt."