Kvantdatorns enorma löfte inom områden som kemi och kryptografi är också dess största utmaning:varje antydan till fel eller manipulering får hela beräkningen att krascha. Det enda sättet runt detta är att använda flera kvantbitar (qubits), byggstenarna för kvantinformation, för att i huvudsak säkerhetskopiera varje qubit. Men i praktiken blir detta omöjligt om kvantdatorn blir för stor.
"I nuvarande kvantprocessorer har du alltid några fel, så du kanske tänker, OK, jag lägger bara till några fler kvantbitar för skydd", säger fysikern Alexey Gorshkov från Joint Quantum Institute vid University of Maryland. Problemet är att du börjar behöva exponentiellt många fler qubits för att korrigera exponentiellt minskande felnivåer. "Till slut är det bara orealistiskt."
I sin artikel, publicerad i Nature Physics, fann Gorshkov och hans medförfattare att användning av speciella, "topologiskt ordnade" arrangemang av qubits kunde eliminera behovet av exponentiella resurser för att korrigera fel. "Vår insikt var, vänta lite, är det möjligt att göra någon form av topologisk kvantfelskorrigering (TEC)", som kan leda till den "heliga gralen" av polynomial overhead? sa Gorshkov, som också är med vid National Institute of Standards and Technology. "Det är det viktigaste fyndet i vår tidning."
Deras idé kokar ner till "felkorrigerande koder som är byggda från topologiska materiatillstånd - materiatillstånd som inte har någon lokal ordning, utan istället kännetecknas av långväga korrelationer som kan användas för att upptäcka och korrigera fel", enligt en Nature Physics News &Views-artikel.
Genombrottet kommer också att ha konsekvenser bortom kvantberäkning, säger Gorshkov, inom områden som högenergipartikelfysik och statistisk fysik. "Kvantfelskorrigering är en universell teknik för att kontrollera fel i alla kvantsystem, inte bara i en kvantdator", sa han. "Det finns många andra fysiska system där dessa tekniker kan testas, och det är verkligen spännande."
