Een functionele kwantumcomputer is een van de meest intrigerende beloften van kwantumtechnologie. Met aanzienlijk toegenomen rekenkracht, kwantumcomputers zullen taken kunnen oplossen die conventionele computers niet aankunnen, zoals het begrijpen en uitvinden van nieuwe materialen of geneesmiddelen en het testen van de grenzen van cryptografische technieken.

Net als bij conventionele computers, de term kwantumbit of qubit verwijst naar de basiseenheid in kwantuminformatie. momenteel, de meest geavanceerde benaderingen om ze te realiseren zijn supergeleidende circuits en ingesloten ionen. De eerste slaat kwantuminformatie op in elektronische componenten, de laatste in verschillende energieniveaus van enkele atomen. Door gebruik te maken van supergeleidende circuits, onderzoekers zijn er onlangs in geslaagd aan te tonen dat kwantumcomputers in staat zijn om zeer gespecialiseerde taken uit te voeren die conventionele computers niet aankunnen. Echter, in tegenstelling tot elke andere benadering, ionen produceren aanzienlijk lagere foutenpercentages bij bewerkingen.

Om het foutenpercentage nog verder te verlagen en veel sneller betrouwbare operaties te bieden, onderzoekers van Leibniz University Hannover en Physikalisch-Technische Bundesanstalt (PTB) hebben nu een nieuwe methode ontwikkeld. Hun bevindingen zijn gepubliceerd in het laatste nummer van het wetenschappelijke tijdschrift Fysieke beoordelingsbrieven .

In hun aanpak ionen worden onder vacuüm gevangen door elektrische velden boven een chipstructuur te gebruiken. Qubit-bewerkingen worden uitgevoerd door microgolfsignalen door speciale geleiderlussen te sturen die in de chipstructuur zijn ingebed. Gebruikelijk, logische bewerkingen worden uitgevoerd via uiterst zorgvuldig gecontroleerde laserstralen. Het gebruik van microgolfvelden heeft het voordeel dat ze zowel relatief eenvoudig te besturen zijn als een zeer volwassen technologie, aangezien ze alomtegenwoordig zijn in tal van producten, van vliegtuigen tot mobiele telefoons.

In het kader van de studie, onderzoekers onderzochten de meest efficiënte methoden voor bewerkingen op qubits. Dit is ook een zeer relevant probleem bij conventionele computerchips, omdat de hoeveelheid energie die nodig is per bewerking bepaalt hoeveel ervan per seconde kunnen worden verwerkt voordat de chip oververhit raakt. Wat betreft ion-trap microgolf-kwantumcomputers, slaagden de onderzoekers erin aan te tonen dat specifiek gevormde microgolfpulsen, waar het veld soepel wordt in- en uitgeschakeld, produceren foutpercentages die 100 keer lager zijn dan die waarbij de velden eenvoudig worden in- en uitgeschakeld - met dezelfde energie-input en ondanks de aanwezigheid van ruis. Voor dit doeleinde, het team introduceerde extra en zorgvuldig gecontroleerde ruis in het experiment en bepaalde bedieningsfouten voor verschillende niveaus van geïnjecteerde ruis en voor beide pulsvormen. "Dit maakte een enorm verschil voor ons experiment, " zei Giorgio Zarantonello, een van de auteurs van het onderzoek. "Vroeger, het vinden van geschikte operaties bracht veel vallen en opstaan ​​met zich mee, evenals een lang optimalisatieproces voordat een moment met heel weinig ruis werd vastgelegd. Het enige wat we nu hoeven te doen is het experiment aan te zetten en het werkt."

Nadat is aangetoond dat basishandelingen met lage foutenpercentages haalbaar zijn, de onderzoekers streven er nu naar om hun bevindingen over te dragen naar complexere taken. De bedoeling is om minder dan één fout per tienduizend handelingen te realiseren, dat is wanneer schalen naar een groot aantal qubits efficiënt wordt. Voor deze taak is ze hebben al een gepatenteerde microfabricagetechnologie ontwikkeld die de opslag en manipulatie van een groot aantal qubits in chipstructuren ondersteunt.