De kwantumwereld is kwetsbaar; foutcorrectiecodes zijn nodig om de informatie die is opgeslagen in een kwantumobject te beschermen tegen de verslechterende effecten van ruis. Kwantumfysici in Innsbruck hebben een protocol ontwikkeld om kwantuminformatie door te geven tussen verschillend gecodeerde bouwstenen van een toekomstige kwantumcomputer. zoals processors en geheugens. Wetenschappers kunnen dit protocol in de toekomst gebruiken om een ​​databus voor kwantumcomputers te bouwen. De onderzoekers hebben hun werk gepubliceerd in het tijdschrift Natuurcommunicatie .

Toekomstige kwantumcomputers zullen in staat zijn om problemen op te lossen waar conventionele computers vandaag falen. We zijn nog ver verwijderd van een grootschalige implementatie, echter, omdat kwantumsystemen erg gevoelig zijn voor omgevingsgeluid. Hoewel systemen in principe tegen geluid kunnen worden beschermd, onderzoekers hebben experimenteel slechts kleine prototypes van kwantumcomputers kunnen bouwen.

Een manier om het foutenpercentage te verminderen, is door kwantuminformatie niet in één enkel kwantumdeeltje te coderen, maar in verschillende kwantumobjecten. Deze logische kwantumbits of qubits zijn robuuster tegen ruis. In de afgelopen jaren, theoretische fysici hebben een hele reeks foutcorrectiecodes ontwikkeld en geoptimaliseerd voor specifieke taken. Natuurkundigen Hendrik Poulsen Nautrup en Hans Briegel van het Instituut voor Theoretische Fysica van de Universiteit van Innsbruck en Nicolai Friis, nu bij het Institute of Quantum Optics and Quantum Information in Wenen, hebben een techniek gevonden om kwantuminformatie over te dragen tussen systemen die anders zijn gecodeerd.

Interface tussen processor en geheugen

Net als bij klassieke computers, toekomstige kwantumcomputers kunnen met verschillende componenten worden gebouwd. Wetenschappers hebben al experimenteel kleinschalige kwantumprocessors en geheugens gebouwd, en ze hebben verschillende protocollen gebruikt om logische qubits te coderen:voor kwantumprocessors gebruiken ze zogenaamde kleurcodes en voor kwantumgeheugens oppervlaktecodes. "Om de twee systemen kwantummechanisch met elkaar te laten interageren, we moeten ze verbinden, ", zegt promovendus Hendrik Poulsen Nautrup. "We hebben een protocol ontwikkeld waarmee we kwantumsystemen kunnen samenvoegen die anders zijn gecodeerd." De wetenschappers stellen voor om specifieke elementen van de gecodeerde kwantumbits lokaal aan te passen. Dit proces wordt ook wel roosterchirurgie genoemd, die wordt gebruikt om systemen zoals kwantumprocessors en geheugens te koppelen. Zodra de systemen tijdelijk aan elkaar zijn "genaaid", kwantuminformatie kan worden geteleporteerd van de processor naar het geheugen en vice versa. "Vergelijkbaar met een databus in een conventionele computer, wetenschappers kunnen deze techniek gebruiken om de componenten van een kwantumcomputer met elkaar te verbinden, " legt Poulsen Nautrup uit.

Dit nieuwe schema is een volgende stap in de richting van het bouwen van een universele kwantumcomputer en onderzoek voor experimentele realisatie is aan de gang. Het onderzoek is uitgevoerd in het kader van het doctoraatsprogramma Atoms, Licht, en moleculen aangeboden aan de Universiteit van Innsbruck en gefinancierd door het Oostenrijkse Wetenschapsfonds en de Templeton World Charity Foundation.