Zelfs kwantumcomputers maken fouten. Hun rekenvaardigheid is buitengewoon, die van klassieke computers ver te boven gaan. Dit komt omdat circuits in kwantumcomputers gebaseerd zijn op qubits die niet alleen nullen of enen kunnen vertegenwoordigen, maar ook superposities van beide toestanden door gebruik te maken van de principes van de kwantummechanica. Ondanks hun grote potentieel, qubits zijn extreem kwetsbaar en gevoelig voor fouten vanwege de interactie met de externe omgeving.

Om dit cruciale probleem op te lossen, een internationale onderzoeksgroep ontwikkelde en implementeerde een nieuw protocol dat kwetsbare kwantuminformatie beschermt en fouten als gevolg van qubit-verlies corrigeert. Deze onderzoeksgroep publiceerde de resultaten van hun onderzoek in Natuur .

"Het ontwikkelen van een volledig functionerende kwantumprocessor vormt nog steeds een grote uitdaging voor wetenschappers over de hele wereld, " legt Davide Vodola uit, een van de auteurs van de studie en een onderzoeker aan de Universiteit van Bologna. "Dit onderzoek stelde ons in staat, Voor de eerste keer, om een ​​protocol te implementeren dat kan detecteren en, tegelijkertijd, corrigeer fouten als gevolg van qubit-verlies. Dit vermogen kan essentieel blijken te zijn voor de toekomstige ontwikkeling van grootschalige kwantumcomputers."

We weten dat kwantumprocessors een zekere tolerantie vertonen tegen rekenfouten. Maar we weten te weinig hoe we fouten door geheel of gedeeltelijk verlies van qubits kunnen voorkomen en corrigeren.

Wanneer kwantumcomputers de gegevens uitwerken, sommige qubits kunnen volledig verloren gaan uit de kwantumregisters of ze kunnen overgaan naar ongewenste elektronische toestanden. Het resultaat van beide processen is een verlies dat de kwantumprocessor onbruikbaar kan maken. Om deze reden, het bedenken van op theorie gebaseerde en experimentele technieken die de gevolgen van deze fouten kunnen analyseren en mitigeren is van groot belang.

"Om dit probleem op te lossen, het eerste wat onze onderzoeksgroep deed was het ontwikkelen van een effectieve theoretische benadering van het probleem, ", zegt Vodola. "We zijn erin geslaagd om aan te tonen dat de informatie die is opgeslagen in een register met sommige qubits kan worden beschermd en volledig kan worden opgehaald in het geval dat een van deze qubits verloren gaat."

Vervolgens, de onderzoeksgroep implementeerde dit protocol in een levensechte kwantumprocessor. Dit was niet gemakkelijk, echter. Inderdaad, om te beoordelen of een qubit verloren is gegaan, een directe meting vernietigt alle informatie die in het kwantumregister staat.

De onderzoeksgroep kwam met de oplossing om een ​​extra qubit te gebruiken die als een sonde fungeert en de aan- of afwezigheid van andere qubits kan beoordelen zonder het rekenproces te veranderen. Dit idee werkte, waardoor de onderzoekers hun protocol in realtime met succes kunnen testen.

"We zijn blij met de resultaten van deze test op de quantumprocessor met ingesloten ionen van de Universiteit van Innsbruck, "Bevestigt Vodola. "Hetzelfde protocol kan worden geïmplementeerd in verschillende kwantumcomputerarchitecturen die momenteel worden ontwikkeld door andere onderzoekscentra of particuliere instellingen."