Computers op basis van kwantumfysica beloven bepaalde problemen veel sneller op te lossen dan hun conventionele tegenhangers. Door gebruik te maken van qubits - die meer kunnen hebben dan alleen de twee waarden van gewone bits - zouden toekomstige quantumcomputers complexe simulaties kunnen uitvoeren en moeilijke problemen in de chemie kunnen oplossen, optimalisatie en patroonherkenning.

Maar het bouwen van een grote kwantumcomputer - een met duizenden of miljoenen qubits - is moeilijk omdat qubits erg kwetsbaar zijn. Kleine interacties met de omgeving kunnen fouten introduceren en tot storingen leiden. Het opsporen van deze fouten is niet eenvoudig, aangezien kwantummetingen een vorm van interactie zijn en dus ook kwantumtoestanden verstoren. Kwantumfysica presenteert een andere rimpel, ook:het is niet mogelijk om gewoon een qubit te kopiëren voor back-up.

Wetenschappers hebben slimme manieren bedacht om fouten op te sporen en te voorkomen dat ze zich verspreiden. Maar tot nu toe, een volledig foutdetectieprotocol is niet getest in experimenten, deels vanwege de moeilijkheid om gecontroleerde interacties te creëren tussen alle benodigde qubits.

Nutsvoorzieningen, in een recent artikel gepubliceerd in wetenschappelijke vooruitgang , onderzoekers van het Joint Quantum Institute testten een volledige procedure voor het coderen van een qubit en het detecteren van enkele van de fouten die optreden tijdens en na de codering. Ze pasten een schema toe dat de informatie van één qubit verdeelde over vier gevangen ytterbium-ionen - zelf ook qubits - met behulp van een vijfde ion-qubit om uit te lezen of bepaalde fouten waren opgetreden. Ionen zorgen voor een rijke reeks interacties, waardoor wetenschappers de vijfde ion-qubit naar believen konden koppelen aan de andere vier - een veelvoorkomende vereiste voor foutdetectie- of -correctieschema's. Met deze aanpak, de wetenschappers ontdekten bijna alle single-ion fouten, het uitvoeren van meer dan 5000 runs van de volledige coderings- en meetprocedure voor een aantal verschillende kwantumtoestanden. Aanvullend, de codering zelf leek geen fouten op meerdere ionen tegelijk te introduceren, een functie die de ondergang had kunnen betekenen voor foutdetectie en -correctie in ionen.

Hoewel het resultaat een vroege stap is in de richting van grotere kwantumgeheugens en kwantumcomputers, de auteurs zeggen dat het het potentieel aantoont van qubit-beschermingsschema's met ingesloten ionen en de weg vrijmaakt voor foutdetectie en uiteindelijk foutcorrectie op grotere schaal.