Het bouwen van een universele kwantumcomputer is een uitdagende taak vanwege de kwetsbaarheid van kwantumbits, of kortweg qubits. Om dit probleem aan te pakken, verschillende soorten foutcorrectie zijn ontwikkeld. Conventionele methoden doen dit door actieve correctietechnieken. In tegenstelling tot, onderzoekers onder leiding van Prof. David DiVincenzo van Forschungszentrum Jülich en RWTH Aachen University, samen met partners van de Universiteit van Basel en QuTech Delft, hebben nu een ontwerp voorgesteld voor een circuit met passieve foutcorrectie. Zo'n circuit zou al inherent foutbeveiligd zijn en zou de bouw van een kwantumcomputer met een groot aantal qubits aanzienlijk kunnen versnellen.

Om kwantuminformatie op een betrouwbare manier te coderen, gebruikelijk, verschillende imperfecte qubits worden gecombineerd om een ​​zogenaamde logische qubit te vormen. Kwantumfoutcorrectiecodes, of kortweg QEC-codes, waardoor het mogelijk wordt om fouten op te sporen en vervolgens te corrigeren, zodat de kwantuminformatie over een langere periode behouden blijft.

In principe, de technieken werken op dezelfde manier als actieve ruisonderdrukking in hoofdtelefoons:in een eerste stap, elke fout wordt gedetecteerd. Vervolgens, er wordt een corrigerende handeling uitgevoerd om de fout te verwijderen en de informatie in zijn oorspronkelijke pure vorm te herstellen.

Echter, de toepassing van zo'n actieve foutcorrectie in een quantumcomputer is zeer complex en gaat gepaard met een uitgebreid gebruik van hardware. Typisch, voor elke qubit is complexe foutcorrigerende elektronica vereist, waardoor het moeilijk is om circuits met veel qubits te bouwen, zoals vereist om een ​​universele kwantumcomputer te bouwen.

Het voorgestelde ontwerp voor een supergeleidend circuit, anderzijds, heeft een soort ingebouwde foutcorrectie. Het circuit is zo ontworpen dat het al inherent beschermd is tegen omgevingsgeluid en toch controleerbaar is. Het concept omzeilt dus de noodzaak van actieve stabilisatie op een zeer hardware-efficiënte manier, en zou daarom een ​​veelbelovende kandidaat zijn voor een toekomstige grootschalige kwantumprocessor met een groot aantal qubits.

"Door een gyrator te implementeren - een apparaat met twee poorten dat de stroom op de ene poort koppelt aan de spanning op de andere - tussen twee supergeleidende apparaten (zogenaamde Josephson-juncties), we zouden kunnen afzien van de vraag naar actieve foutdetectie en stabilisatie:wanneer afgekoeld, de qubit is inherent beschermd tegen veelvoorkomende soorten ruis, " zei Martin Rymarz, een doctoraat student in de groep van David DiVincenzo en eerste auteur van het artikel, gepubliceerd in Fysieke beoordeling X.

"Ik hoop dat ons werk zal inspireren tot inspanningen in het laboratorium; ik erken dat dit, zoals veel van onze voorstellen, misschien een beetje zijn tijd vooruit", zei David DiVincenzo, Oprichtend directeur van het JARA-Instituut voor Quantum Informatie aan de RWTH Aachen University en directeur van het Institute of Theoretical Nanoelectronics (PGI-2) bij Forschungszentrum Jülich. "Hoe dan ook, gezien de beschikbare professionele expertise, we erkennen de mogelijkheid om ons voorstel binnen afzienbare tijd in het lab te testen".

David DiVincenzo wordt beschouwd als een pionier in de ontwikkeling van kwantumcomputers. Onder andere, zijn naam wordt geassocieerd met de criteria waaraan een kwantumcomputer moet voldoen, de zogenaamde 'DiVincenzo-criteria'.