Een wetenschapper aan de Universiteit van Sydney heeft bereikt wat een insider van de kwantumindustrie heeft beschreven als "iets waarvan veel onderzoekers dachten dat het onmogelijk was".

Dr. Benjamin Brown van de School of Physics heeft een soort foutcorrigerende code ontwikkeld voor kwantumcomputers die meer hardware zal vrijmaken om nuttige berekeningen te doen. Het biedt ook een aanpak waarmee bedrijven als Google en IBM betere kwantummicrochips kunnen ontwerpen.

Hij deed dit door reeds bekende code die in drie dimensies werkt toe te passen op een tweedimensionaal raamwerk.

"De truc is om tijd te gebruiken als de derde dimensie. Ik gebruik twee fysieke dimensies en voeg tijd toe als de derde dimensie, "Zei Dr. Brown. "Dit opent mogelijkheden die we niet eerder hadden."

Zijn onderzoek is vandaag gepubliceerd in wetenschappelijke vooruitgang .

"Het is een beetje zoals breien, " zei hij. "Elke rij is als een eendimensionale lijn. Je breit rij na rij wol en, overuren, dit levert een tweedimensionaal paneel van materiaal op."

Fouttolerante kwantumcomputers

Het verminderen van fouten in kwantumcomputing is een van de grootste uitdagingen waarmee wetenschappers worden geconfronteerd voordat ze machines kunnen bouwen die groot genoeg zijn om nuttige problemen op te lossen.

"Omdat kwantuminformatie zo kwetsbaar is, het levert veel fouten op, " zei dr. Brown, een onderzoeker aan het Nano Institute van de Universiteit van Sydney.

Het volledig uitroeien van deze fouten is onmogelijk, dus het doel is om een ​​"fouttolerante" architectuur te ontwikkelen waar nuttige verwerkingsoperaties veel groter zijn dan foutcorrigerende operaties.

"Je mobiele telefoon of laptop zal miljarden bewerkingen uitvoeren gedurende vele jaren voordat een enkele fout een leeg scherm of een andere storing veroorzaakt. uur, " zei Dr. Brown, die ook een functie bekleedt bij het ARC Center of Excellence for Engineered Quantum Systems.

"Dat zijn veel gevallen hechtingen."

De meeste bouwstenen in de hedendaagse experimentele kwantumcomputers - kwantumbits of qubits - worden ingenomen door de "overhead" van foutcorrectie.

"Mijn benadering om fouten te onderdrukken is om een ​​code te gebruiken die in twee dimensies over het oppervlak van de architectuur werkt. Het effect hiervan is dat veel van de hardware wordt vrijgemaakt van foutcorrectie en dat het door kan gaan met de nuttige dingen, ' zei Dr. Brown.

Dr. Naomi Nickerson is directeur van Quantum Architecture bij PsiQuantum in Palo Alto, Californië, en los van het onderzoek. Ze zei:"Dit resultaat vormt een nieuwe optie voor het uitvoeren van fouttolerante poorten, die het potentieel heeft om de overhead aanzienlijk te verminderen en praktische kwantumcomputing dichterbij te brengen."

Pad naar universele berekening

Start-ups zoals PsiQuantum, evenals de grote technologiebedrijven Google, IBM en Microsoft, leiden de leiding om grootschalige kwantumtechnologie te ontwikkelen. Het is dringend nodig om foutcorrigerende codes te vinden waarmee hun machines kunnen opschalen.

Dr. Michael Beverland, een senior onderzoeker bij Microsoft Quantum en ook niet betrokken bij het onderzoek, zei:"Dit artikel onderzoekt een opwindende, exotische benadering om fouttolerante kwantumberekeningen uit te voeren, de weg wijzen naar het potentieel bereiken van universele kwantumberekening in twee ruimtelijke dimensies zonder de noodzaak van distillatie, iets waarvan veel onderzoekers dachten dat het onmogelijk was."

Tweedimensionale codes die momenteel bestaan, vereisen wat Dr. Beverland distillatie noemt, beter bekend als 'magische toestand distillatie'. Dit is waar de kwantumprocessor de meerdere berekeningen doorzoekt en de bruikbare eruit haalt.

Dit kauwt veel computerhardware op en onderdrukt alleen de fouten.

"Ik heb de kracht van de driedimensionale code toegepast en aangepast aan het tweedimensionale raamwerk, ' zei Dr. Brown.

Dr. Brown heeft het dit jaar druk gehad. In maart publiceerde hij een artikel in het toptijdschrift voor natuurkunde Fysieke beoordelingsbrieven met collega's van EQUS en de Universiteit van Sydney. In dat onderzoek ontwikkelden hij en collega's een decoder die meer fouten identificeert en corrigeert dan ooit tevoren, het behalen van een wereldrecord in foutcorrectie.

"Het identificeren van de meest voorkomende fouten is een andere manier waarop we meer rekenkracht kunnen vrijmaken voor nuttige berekeningen. ' zei Dr. Brown.

Professor Stephen Bartlett is een co-auteur van dat artikel en leidt de onderzoeksgroep kwantuminformatietheorie aan de Universiteit van Sydney.

"Onze groep in Sydney is erg gericht op het ontdekken hoe we kwantumeffecten kunnen opschalen, zodat ze grootschalige apparaten van stroom kunnen voorzien. " zei professor Bartlett, die tevens adjunct-decaan onderzoek is aan de faculteit Bètawetenschappen.

"Het werk van Dr. Brown heeft laten zien hoe we dit voor een kwantumchip kunnen doen. Dit soort vooruitgang stelt ons in staat om van kleine aantallen qubits naar zeer grote aantallen te gaan en ultrakrachtige kwantumcomputers te bouwen die de grote problemen van morgen zullen oplossen. "