Onderzoekers van Yale University hebben een van de belangrijkste stappen aangetoond bij het bouwen van de architectuur voor modulaire kwantumcomputers:de "teleportatie" van een kwantumpoort tussen twee qubits, op aanvraag.

De bevindingen verschijnen op 5 september online in het tijdschrift Natuur .

Het belangrijkste principe achter dit nieuwe werk is kwantumteleportatie, een uniek kenmerk van de kwantummechanica dat eerder is gebruikt om onbekende kwantumtoestanden tussen twee partijen over te dragen zonder de toestand zelf fysiek te verzenden. Met behulp van een theoretisch protocol ontwikkeld in de jaren negentig, Yale-onderzoekers hebben experimenteel een kwantumoperatie aangetoond, of "poort, " zonder te vertrouwen op enige directe interactie. Dergelijke poorten zijn nodig voor kwantumberekening die afhankelijk is van netwerken van afzonderlijke kwantumsystemen - een architectuur waarvan veel onderzoekers zeggen dat deze de fouten kan compenseren die inherent zijn aan kwantumcomputerprocessors.

Via het Yale Quantum Institute, een onderzoeksteam van Yale onder leiding van hoofdonderzoeker Robert Schoelkopf en voormalig afgestudeerde student Kevin Chou onderzoekt een modulaire benadering van quantum computing. Modulariteit, die in alles terug te vinden is, van de organisatie van een biologische cel tot het netwerk van motoren in de nieuwste SpaceX-raket, is een krachtige strategie gebleken voor het bouwen van grote, ingewikkelde systemen, zeggen de onderzoekers. Een modulaire kwantumarchitectuur bestaat uit een verzameling modules die functioneren als kleine kwantumprocessors die zijn aangesloten op een groter netwerk.

Modules in deze architectuur hebben een natuurlijke isolatie van elkaar, die ongewenste interacties door het grotere systeem vermindert. Maar deze isolatie maakt het uitvoeren van bewerkingen tussen modules ook een duidelijke uitdaging, volgens de onderzoekers. Geteleporteerde poorten zijn een manier om bewerkingen tussen modules te implementeren.

"Ons werk is de eerste keer dat dit protocol is aangetoond waarbij de klassieke communicatie in realtime plaatsvindt, waardoor we een 'deterministische' operatie kunnen implementeren die elke keer de gewenste operatie uitvoert, ' zei Cho.

Volledig bruikbare kwantumcomputers hebben het potentieel om rekensnelheden te bereiken die orden van grootte sneller zijn dan de huidige supercomputers. Yale-onderzoekers lopen voorop bij de ontwikkeling van de eerste volledig bruikbare kwantumcomputers en hebben baanbrekend werk verricht in kwantumcomputing met supergeleidende circuits.

Kwantumberekeningen worden gedaan via delicate stukjes data die qubits worden genoemd, die gevoelig zijn voor fouten. In experimentele kwantumsystemen, "logische" qubits worden gecontroleerd door "aanvullende" qubits om fouten onmiddellijk te detecteren en te corrigeren. "Ons experiment is ook de eerste demonstratie van een bewerking van twee qubits tussen logische qubits, " zei Schoelkopf. "Het is een mijlpaal in de richting van de verwerking van kwantuminformatie met behulp van foutcorrigeerbare qubits."