Quantum computing har potentialen att bli en spelförändrande framtidsteknologi inom områden som sträcker sig från kemi till kryptografi till finansiering till läkemedel. Jämfört med konventionella datorer föreslår forskare att kvantdatorer kan fungera många tusen gånger snabbare. För att utnyttja denna kraft, tittar forskare idag på sätt att konstruera kvantdatanätverk. Feltolerant kvantminne, som reagerar bra när maskinvaru- eller mjukvarufel uppstår, kommer att spela en viktig roll i dessa nätverk. Ett forskarlag från Yokohama National University utforskar kvantminne som är motståndskraftigt mot drifts- eller miljöfel.

Forskargruppen rapporterade sina resultat den 27 april 2022 i tidskriften Communications Physics .

För att kvantdatorer ska nå sin fulla potential måste forskare kunna konstruera kvantnätverk. I dessa nätverk är feltolerant kvantminne viktigt. När forskare manipulerar spinnkvantminne krävs ett magnetfält. Magnetfältet hindrar integrationen med de supraledande kvantbitarna, eller kvantbitarna. Quantbitarna i kvantberäkning är grundläggande informationsenheter, liknande de binära siffrorna eller bitarna i konventionella datorer.

För att skala upp en kvantdator baserad på supraledande kvantbitar måste forskare arbeta under ett nollmagnetfält. I sin sökning för att främja tekniken mot en feltolerant kvantdator, studerade forskargruppen kvävevakanscenter i diamant. Vakanscenter för kväve är lovande i en rad tillämpningar inklusive kvantberäkning. Med hjälp av ett diamantkväve-vakanscenter med två kärnsnurr av de omgivande kolisotoperna, demonstrerade teamet kvantfelskorrigering i kvantminnet. De testade en tre-qubits kvantfelskorrigering mot både ett bit-flip- eller phase-flip-fel, under ett noll magnetfält. Bit-flip- eller phase-flip-felen kan uppstå när det finns förändringar i magnetfältet. För att uppnå ett noll magnetfält använde teamet en tredimensionell spole för att eliminera det kvarvarande magnetfältet inklusive det geomagnetiska fältet. Detta kvantminne är felkorrigeringskodat för att korrigera fel automatiskt när de uppstår.

Tidigare forskning hade visat kvantfelskorrigering, men allt utfördes under relativt starka magnetfält. Yokohama National Universitys forskargrupp är först med att demonstrera kvantdriften av elektron- och kärnspinn i frånvaro av ett magnetfält.

"Kvantfelskorrigeringen gör kvantminnet motståndskraftigt mot drifts- eller miljöfel utan behov av magnetfält och öppnar en väg mot distribuerad kvantberäkning och ett kvantinternet med minnesbaserade kvantgränssnitt eller kvantrepeterare", säger Hideo Kosaka, professor vid Yokohama University och huvudförfattare till studien.

Teamets demonstration kan tillämpas på konstruktionen av en storskalig distribuerad kvantdator och ett långdistanskvantkommunikationsnätverk genom att koppla samman kvantsystem som är sårbara för ett magnetfält, såsom supraledande kvantbitar med spinnbaserade kvantminnen. Framöver har forskargruppen planer på att ta tekniken ett steg längre. "Vi vill utveckla ett kvantgränssnitt mellan supraledande och fotoniska qubits för att realisera en feltolerant storskalig kvantdator", säger Kosaka. + Utforska vidare

Felaktiga diamanter kan ge perfekt gränssnitt för kvantdatorer