Een onderzoeksteam van de Tokyo Medical and Dental University (TMDU), RIKEN, en de Universiteit van Tokyo hebben aangetoond hoe de levensduur van qubits in kwantumcomputers kan worden verlengd door een extra "filter"-qubit te gebruiken. Dit werk kan helpen om kwantumcomputers met een hogere betrouwbaarheid te maken die kunnen worden gebruikt in financiële, cryptografisch, en scheikundige toepassingen.

Quantumcomputers staan ​​klaar om een ​​grote impact te hebben op verschillende gebieden, van internetbeveiliging tot medicijnontwikkeling. In plaats van beperkt te zijn tot binaire nullen en enen van klassieke computers, de qubits in kwantumcomputers kunnen waarden aannemen die willekeurige superposities van de twee zijn. Hierdoor kunnen kwantumcomputers bepaalde problemen oplossen, zoals het kraken van cryptografische cijfers, veel sneller dan de huidige machines.

Echter, er is een fundamentele afweging tussen de levensduur van de qubit-superposities en de verwerkingssnelheid. Dit komt omdat de qubits zorgvuldig moeten worden afgeschermd tegen interactie met de omgeving, of de fragiele superpositie zal terugvallen op slechts een één of nul in een proces dat decoherentie wordt genoemd. Om dit verlies van kwantumgetrouwheid te vertragen, qubits in kwantumcomputers zijn slechts zwak gekoppeld aan de stuurleiding waardoor de qubit-stuurpulsen worden toegevoerd. Helaas, zo'n zwakke koppeling beperkt de snelheid waarmee berekeningen kunnen worden uitgevoerd.

Nutsvoorzieningen, het team van de Tokyo Medical and Dental University (TMDU) laat theoretisch zien hoe het koppelen van een tweede "filter"-qubit aan de controlelijn de ruis en spontane stralingsverliezen die tot decoherentie leiden aanzienlijk kan verminderen. Hierdoor zijn de verbindingen sterk, wat zich leent voor snellere cyclustijden.

"In onze oplossing de filterqubit werkt als een niet-lineaire spiegel, die de straling van de qubit volledig reflecteert als gevolg van destructieve interferentie, maar sterke stuurpulsen uitzendt vanwege absorptieverzadiging, ", zegt eerste auteur Kazuki Koshino.

Dit onderzoek draagt ​​bij aan een toekomst waarin kwantumcomputers in elk bedrijf en onderzoekslab te vinden zijn. Veel operationele onderzoeksbureaus zouden kwantumcomputers willen gebruiken om optimalisatieproblemen op te lossen die te intensief werden geacht voor conventionele computers, terwijl chemici ze zouden willen gebruiken om de beweging van atomen in moleculen te simuleren.

"Kwantumcomputers worden met de dag verbeterd door bedrijven, waaronder IBM en Google. Naarmate ze sneller en robuuster worden, ze kunnen zelfs meer verspreid zijn, ", zegt senior auteur Yasunobu Nakamura.