Een fundamentele barrière voor het schalen van kwantumcomputers is 'qubit-interferentie'. In nieuw onderzoek gepubliceerd in wetenschappelijke vooruitgang , ingenieurs en natuurkundigen van Rigetti Computing beschrijven een doorbraak die de omvang van praktische kwantumprocessors kan vergroten door interferentie te verminderen.

Matt Reagor, hoofdauteur van het artikel, zegt, "We hebben een techniek ontwikkeld waarmee we interferentie tussen qubits kunnen verminderen naarmate we steeds meer qubits aan een chip toevoegen. daarmee het vermogen behouden om logische bewerkingen uit te voeren die onafhankelijk zijn van de toestand van een (groot) kwantumregister."

Om het begrip uit te leggen, het Rigetti-team gebruikt wijnglazen als analogie met qubits:

Klink een wijnglas, en je zult het horen rinkelen op zijn resonantiefrequentie (meestal rond 400 Hz). Hetzelfde, geluidsgolven op die frequentie zullen hetzelfde glas doen trillen. Verschillende vormen of hoeveelheden vloeistof in een glas zullen verschillende gerinkel produceren, d.w.z. verschillende resonantiefrequenties. Een gerinkeld wijnglas veroorzaakt identieke, bril in de buurt om te trillen. Brillen met verschillende vormen zijn "niet-resonante glazen, " wat betekent dat ze helemaal niet veel zullen trillen.

Dus, wat is de relatie tussen bril en qubits?

Reagor legt uit dat elke fysieke qubit op een supergeleidende kwantumprocessor energie opslaat in de vorm van een oscillerende elektrische stroom. "Zie elke qubit als een wijnglas, "zegt hij. "De logische toestand van een qubit (bijvoorbeeld "0" of "1") wordt gecodeerd door de toestand van de bijbehorende elektrische stromen. In onze analogie, dit komt overeen met het al dan niet trillen van een wijnglas."

Een zeer succesvolle klasse van verstrengelingspoorten voor supergeleidende qubits werkt door twee of meer qubits in resonantie met elkaar af te stemmen. Op dit afstempunt, de "wijnglazen" vangen elkaars "trillingen" op.

Dit effect kan sterk genoeg zijn om significante, voorwaardelijke trillingsveranderingen die kunnen worden gebruikt als voorwaardelijke logica. Stel je voor dat je wijn uit een van de glazen schenkt of overhevelt om deze afstemming mogelijk te maken. Met qubits, er zijn afstembare circuitelementen die hetzelfde doel vervullen.

"Terwijl we kwantumprocessors opschalen, er zijn steeds meer wijnglazen om te beheren bij het uitvoeren van een specifieke voorwaardelijke logische poort, ", zegt Reagor. "Stel je voor dat je een handvol identieke glazen op een rij zet met steeds grotere hoeveelheden wijn. Nu willen we het ene glas afstemmen op het andere, zonder de andere glazen te storen. Om dat te doen, je zou kunnen proberen de wijnniveaus van de glazen gelijk te maken. Maar die overdracht moet onmiddellijk plaatsvinden om de rest van de glazen niet te schudden. Laten we zeggen dat het ene glas een resonantie heeft op de ene frequentie (noem het 400 Hz), terwijl een ander, glas in de buurt heeft een ander glas (bijvoorbeeld 380 Hz). Nutsvoorzieningen, we maken gebruik van een ietwat subtiel muzikaal effect. We gaan eigenlijk herhaaldelijk een van de glazen vullen en leegmaken."

Hij vervolgt:"We herhalen die vulhandeling bij de verschilfrequentie tussen de glazen (hier, 20 keer per seconde, of 20Hz). Door het zo te doen, we creëren een beat-note voor dit glas die precies resoneert met het andere. Natuurkundigen noemen dit soms een parametrisch proces. Onze beat-note is "puur" - het heeft geen frequentie-inhoud die interfereert met de andere glazen. Dat is wat we hebben aangetoond in ons recente werk, waar we een complexe acht-qubit-processor met parametrische twee-qubit-poorten hebben genavigeerd."

Reagor concludeert:"Hoewel deze analogie misschien wat fantasievol klinkt, het in kaart brengen op onze specifieke technologie, vanuit een wiskundig standpunt, is verrassend nauwkeurig."