In een recent nummer van Fysieke beoordeling A , Onderzoekers van Argonne rapporteerden een nieuwe methode om de effecten van "ruis" in kwantuminformatiesystemen te verminderen, een uitdaging waar wetenschappers over de hele wereld aan werken in de race naar een nieuw tijdperk van kwantumtechnologieën. De nieuwe methode heeft implicaties voor de toekomst van de kwantuminformatiewetenschap, inclusief quantum computing en quantum sensing.

Veel huidige toepassingen van kwantuminformatie, zoals het uitvoeren van een algoritme op een kwantumcomputer, last hebben van "decoherentie" - een verlies van informatie als gevolg van "ruis, " wat inherent is aan kwantumhardware. Matthew Otten, een Maria Goeppert Mayer Fellow te Argonne, en Stephen Gray, groepsleider Theorie en Modellering bij het Center for Nanoscale Materials, een gebruikersfaciliteit van het Amerikaanse Department of Energy Office of Science, een nieuwe techniek hebben ontwikkeld die deze verloren informatie herstelt door het kwantumproces of experiment vele malen te herhalen, met iets andere geluidskarakteristieken, en vervolgens de resultaten te analyseren.

Na het verzamelen van resultaten door het proces vele malen achter elkaar of parallel uit te voeren, de onderzoekers construeren een hyperoppervlak waarbij één as het resultaat van een meting weergeeft en de andere twee (of meer) assen verschillende ruisparameters. Dit hyperoppervlak geeft een schatting van het ruisvrij waarneembare en geeft informatie over het effect van elke ruissnelheid.

"Het is alsof je een reeks foutieve foto's maakt, " zei Otten. "Elke foto heeft een fout, maar op een andere plek op de foto. Als we alle duidelijke stukken van de gebrekkige foto's samenvoegen, we krijgen één duidelijk beeld."

Door deze techniek toe te passen wordt kwantumruis effectief verminderd zonder dat extra kwantumhardware nodig is.

"Dit is een veelzijdige techniek die kan worden gedaan met afzonderlijke kwantumsystemen die tegelijkertijd hetzelfde proces ondergaan, ' zei Otten.

"Je zou verschillende kleine kwantumapparaten kunnen maken en ze parallel kunnen laten draaien, "zei Gray. "Met onze methode, men zou de resultaten op het hyperoppervlak combineren en bij benadering ruisvrije waarneembare waarnemingen genereren. De resultaten zouden het nut van de kwantumapparaten helpen vergroten voordat decoherentie optreedt."

"We hebben met succes een eenvoudige demonstratie van onze methode uitgevoerd op de Rigetti 8Q-Agave-kwantumcomputer, "zei Otten. "Deze klasse van methoden zal waarschijnlijk veel worden gebruikt in kwantumapparaten op korte termijn."

Het hierboven beschreven werk van de onderzoekers verschijnt in: Fysieke beoordeling A en is getiteld "Recovering noise-free quantum observables."

Otten en Gray hebben ook een soortgelijk en iets minder rekenkundig complex proces ontwikkeld om ruisonderdrukkingsresultaten te bereiken op basis van het corrigeren van één qubit per keer om het resultaat te benaderen voor alle qubits die tegelijkertijd worden gecorrigeerd. een qubit, of kwantumbit, is het equivalent in kwantumcomputing tot het binaire cijfer of bit dat wordt gebruikt in klassieke informatica.

“Bij deze aanpak we nemen aan dat de ruis op elke qubit afzonderlijk kan worden verminderd, die, terwijl experimenteel uitdagend, leidt tot een veel eenvoudiger gegevensverwerkingsprobleem en resulteert in een schatting van het ruisvrije resultaat, ’ merkte Otten op.