Det har gjorts betydande framsteg inom området kvantberäkning. Stora globala aktörer, som Google och IBM, erbjuder redan molnbaserade kvantdatortjänster. Kvantdatorer kan dock ännu inte hjälpa till med problem som uppstår när standarddatorer når gränserna för sin kapacitet eftersom tillgången på kvantbitar eller kvantbitar, dvs kvantinformationens grundläggande enheter, fortfarande är otillräcklig.
En av anledningarna till detta är att bara qubits inte är av omedelbar användning för att köra en kvantalgoritm. Medan de binära bitarna i vanliga datorer lagrar information i form av fasta värden på antingen 0 eller 1, kan qubits representera 0 och 1 på en och samma gång, vilket ger sannolikhet för deras värde i spel. Detta är känt som kvantsuperposition.
Detta gör dem mycket känsliga för yttre påverkan, vilket gör att informationen de lagrar lätt kan gå förlorad. För att säkerställa att kvantdatorer levererar tillförlitliga resultat, är det nödvändigt att generera en äkta intrassling för att sammanfoga flera fysiska qubits för att bilda en logisk qubit. Skulle en av dessa fysiska qubits misslyckas, kommer de andra qubitarna att behålla informationen. En av de största svårigheterna som förhindrar utvecklingen av funktionella kvantdatorer är dock det stora antalet fysiska qubits som krävs.
Många olika koncept används för att göra kvantberäkning lönsam. Stora företag förlitar sig för närvarande på till exempel supraledande system i fast tillstånd, men dessa har nackdelen att de bara fungerar vid temperaturer nära den absoluta nollpunkten. Fotoniska koncept, å andra sidan, fungerar i rumstemperatur.
Enstaka fotoner fungerar vanligtvis som fysiska qubits här. Dessa fotoner, som på sätt och vis är små partiklar av ljus, fungerar i sig snabbare än qubits i fast tillstånd men går samtidigt lättare förlorade. För att undvika qubit-förluster och andra fel är det nödvändigt att koppla ihop flera enfotonljuspulser för att konstruera en logisk qubit—som i fallet med den supraledarbaserade metoden.
Forskare vid University of Tokyo tillsammans med kollegor från Johannes Gutenberg University Mainz (JGU) i Tyskland och Palacký University Olomouc i Tjeckien har nyligen demonstrerat ett nytt sätt att konstruera en fotonisk kvantdator. Istället för att använda en enda foton använde teamet en lasergenererad ljuspuls som kan bestå av flera fotoner. Forskningen är publicerad i tidskriften Science .
"Vår laserpuls omvandlades till ett kvantoptiskt tillstånd som ger oss en inneboende förmåga att korrigera fel", säger professor Peter van Loock vid Mainz University. "Även om systemet endast består av en laserpuls och därmed är mycket litet, kan det i princip eliminera fel omedelbart." Det finns alltså inget behov av att generera individuella fotoner som qubits via många ljuspulser och sedan låta dem interagera som logiska qubits.
"Vi behöver bara en enda ljuspuls för att få en robust logisk qubit," tillade van Loock. För att uttrycka det med andra ord, en fysisk qubit är redan likvärdig med en logisk qubit i detta system - ett anmärkningsvärt och unikt koncept. Den logiska qubit som experimentellt produceras vid University of Tokyo var dock ännu inte av tillräcklig kvalitet för att ge den nödvändiga nivån av feltolerans. Ändå har forskarna tydligt visat att det är möjligt att omvandla icke-universellt korrigerbara qubits till korrigerbara qubits med de mest innovativa kvantoptiska metoderna.
Mer information: Shunya Konno et al, Logiska tillstånd för feltoleranta kvantberäkningar med spridande ljus, Science (2024). DOI:10.1126/science.adk7560
Olivier Pfister, Qubits utan qubits, Science (2024). DOI:10.1126/science.adm9946
Journalinformation: Vetenskap
Tillhandahålls av Johannes Gutenberg University Mainz
