Kvantdatorer har enorma löften i vår big data-värld. Om forskare kan utnyttja sin potential kan dessa enheter utföra enormt komplexa beräkningar med blixtens hastighet.

Klassiska datorer som våra bärbara datorer lagrar information i bitar, som finns i ett av två fysiska tillstånd:0 eller 1. Men qubits, motsvarande form av datalagring för kvantdatorer, fungerar annorlunda eftersom deras natur är probabilistisk snarare än deterministisk. De kan existera som både 0 och 1 samtidigt, vilket är det som ger dem deras kraft. När antalet qubits som lagras i en kvantdator ökar, kan den datorn bearbeta information exponentiellt snabbare än en klassisk dator.

Men det finns en baksida. Qubits är ömtåliga. Deras tillstånd förändras mycket snabbt, till exempel som svar på miljöfaktorer som temperatur, vilket leder till många fel. Forskare har kämpat för att utveckla ett effektivt sätt att korrigera dessa fel i realtid. Metoderna för att korrigera sådana kvantfel är kända som quantum error correction (QEC)-scheman.

"För kvantberäkningar är dessa fel verkligen ett problem", säger Dr. Sangkha Borah, en postdoktor vid Quantum Machines Unit ledd av professor Jason Twamley vid Okinawa Institute of Science and Technology (OIST). "Om vi ​​kan ta reda på hur vi korrekt utför QEC, kan vi ha användbara kvantdatorer mycket snart."

Nu har Dr Borah och hans kollegor vid OIST, och deras medarbetare vid Trinity College i Dublin, Irland, och University of Queensland i Brisbane, Australien, föreslagit en ny felkorrigeringsteknik, som nyligen har publicerats i Physical Granska forskning.

Att uppnå QEC innebär att skapa en samling av flera qubits med hjälp av en kvantmekanisk egenskap som kallas entanglement. För att upptäcka fel som händer i qubits måste ett QEC-schema tillämpa en serie mätningar som kallas syndrommätningar. Dessa mätningar bedömer om två närmaste grann-qubits är inriktade i samma riktning eller inte. Resultaten av dessa mätningar kallas syndrom, och baserat på dem kan felet i qubits detekteras och därefter korrigeras.

Vanligt använda QEC-scheman är vanligtvis långsamma, och de resulterar också i en snabb förlust av information som lagras i qubits på grund av fel som de inte kan fånga och korrigera i realtid. Dessutom använder sådana QEC-metoder en konventionell kvantmätningsmetod som kallas projektiv mätning för att få syndromen. Detta tillvägagångssätt kräver flera ytterligare qubits, vilket gör det resurskrävande.

Istället använde Dr Borah och hans kollegor ett tillvägagångssätt som kallas kontinuerlig mätning. Sådana mätningar kan utföras mycket snabbare än konventionella projektiva mätningar på ett mycket resurseffektivt sätt. De utvecklade ett QEC-schema som kallas mätningsbaserat estimatorschema för kontinuerlig kvantfelskorrigering (MBE-CQEC), som snabbt och effektivt kunde upptäcka och korrigera fel från partiella, bullriga syndrommätningar. De sätter upp en kraftfull klassisk dator för att fungera som en extern styrenhet (eller estimator) som uppskattar fel i kvantsystemet, filtrerar bort bruset perfekt och använder feedback för att korrigera dem.

Det nya QEC-schemat är baserat på en teoretisk modell som fortfarande behöver valideras experimentellt på en kvantdator, förklarar Dr Borah. Den har också en viktig begränsning:När antalet qubits i systemet ökar, blir realtidssimuleringen av estimatorn exponentiellt långsammare.

"Vi jobbar på det, och vi hoppas att andra inom området också tar upp problemet", avslutade Dr. Borah. + Utforska vidare

Att lägga till logiska qubits till Sycamore kvantdator minskar felfrekvensen