Voor de eerste keer, natuurkundigen van de Universiteit van Innsbruck hebben twee kwantumbits, verdeeld over verschillende kwantumobjecten, met elkaar verstrengeld en hun kwantumeigenschappen met succes overgedragen. Dit markeert een belangrijke mijlpaal in de ontwikkeling van fouttolerante kwantumcomputers. De onderzoekers publiceerden hun rapport in Natuur .

Zelfs computers kunnen misrekenen; kleine storingen veranderen opgeslagen informatie en corrupte resultaten. Dus computers gebruiken methoden om dergelijke fouten voortdurend te corrigeren. Bij kwantumcomputers de kwetsbaarheid voor fouten kan worden verminderd door kwantuminformatie op te slaan in meer dan een enkel kwantumdeeltje. Deze logische quantumbits zijn minder gevoelig voor fouten. In recente jaren, theoretici hebben veel verschillende foutcorrectiecodes ontwikkeld en geoptimaliseerd voor verschillende taken.

"De meest veelbelovende codes in kwantumfoutcorrectie zijn die gedefinieerd op een tweedimensionaal rooster, " legt Thomas Monz van de afdeling Experimentele Fysica van de Universiteit van Innsbruck uit. "Dit komt door het feit dat de fysieke structuur van huidige kwantumcomputers heel goed in kaart kan worden gebracht door dergelijke roosters." Met behulp van de codes, logische kwantumbits kunnen over meerdere kwantumobjecten worden verdeeld. De kwantumfysici uit Innsbruck zijn er nu voor het eerst in geslaagd om twee op deze manier gecodeerde kwantumbits te verstrengelen. De verstrengeling van twee kwantumbits is een belangrijke bron van kwantumcomputers, waardoor ze een prestatievoordeel hebben ten opzichte van klassieke computers.

Een soort kwantumnaaimachine

Voor hun experiment de natuurkundigen gebruiken een ionenval-kwantumcomputer met tien ionen. In deze ionen worden de logische kwantumbits gecodeerd. Met behulp van een techniek die wetenschappers 'roosterchirurgie' noemen, ' twee logische qubits gecodeerd op een rooster kunnen 'aan elkaar worden genaaid'.

"Een nieuwe, grotere qubits worden gemaakt van de qubits die op deze manier aan elkaar zijn genaaid, " legt Alexander Erhard van het team van Innsbruck uit. een grote logische qubit kan worden gescheiden in twee afzonderlijke logische qubits door middel van een roosteroperatie. In tegenstelling tot de standaardbewerkingen tussen twee logische qubits, roosterchirurgie vereist alleen operaties langs de grens van de gecodeerde qubits, niet op hun hele oppervlak. "Dit vermindert het aantal bewerkingen dat nodig is om verstrengeling tussen twee gecodeerde qubits te creëren, " leggen de theoretisch natuurkundigen Nicolai Friis en Hendrik Poulsen Nautrup uit.

Sleuteltechnologie voor fouttolerante kwantumcomputers

Lattice-chirurgie wordt beschouwd als een van de belangrijkste technieken voor de werking van toekomstige fouttolerante kwantumcomputers. Met behulp van roosterchirurgie, de natuurkundigen onder leiding van Thomas Monz en Rainer Blatt, samen met de theoretisch natuurkundigen Hendrik Poulsen Nautrup en Hans Briegel van de afdeling Theoretische Fysica van de Universiteit van Innsbruck en Nicolai Friis van het Instituut voor Quantum Optics and Quantum Information (IQOQI) van de Oostenrijkse Academie van Wetenschappen in Wenen, hebben nu het genereren van verstrengeling tussen twee gecodeerde qubits aangetoond. Dit is de eerste experimentele realisatie van niet-klassieke correlaties tussen topologisch gecodeerde qubits. Verder, de onderzoekers konden voor het eerst de teleportatie van kwantumtoestanden tussen twee gecodeerde qubits aantonen.