Quantumcomputers zijn veelbelovend in onze big data-wereld. Als onderzoekers hun potentieel kunnen benutten, kunnen deze apparaten razendsnel enorm complexe berekeningen uitvoeren.

Klassieke computers zoals onze laptops slaan informatie op in bits, die in een van de twee fysieke toestanden bestaan:0 of 1. Maar qubits, de equivalente vorm van gegevensopslag voor kwantumcomputers, werken anders omdat hun aard probabilistisch is in plaats van deterministisch. Ze kunnen tegelijkertijd zowel 0 als 1 zijn, wat hen hun kracht geeft. Naarmate het aantal qubits dat in een kwantumcomputer is opgeslagen toeneemt, kan die computer informatie exponentieel sneller verwerken dan een klassieke computer.

Maar er is een keerzijde. Qubits zijn kwetsbaar. Hun toestanden veranderen zeer snel, bijvoorbeeld als reactie op omgevingsfactoren zoals temperatuur, waardoor er veel fouten ontstaan. Onderzoekers hebben moeite gehad om een ​​efficiënte manier te ontwikkelen om deze fouten in realtime te corrigeren. De methoden om dergelijke kwantumfouten te corrigeren staan ​​bekend als kwantumfoutcorrectie (QEC) -schema's.

"Voor quantum computing zijn deze fouten echt een probleem", zegt Dr. Sangkha Borah, een postdoctoraal onderzoeker in de Quantum Machines Unit onder leiding van professor Jason Twamley van het Okinawa Institute of Science and Technology (OIST). "Als we erachter kunnen komen hoe we QEC nauwkeurig kunnen uitvoeren, hebben we misschien binnenkort bruikbare kwantumcomputers."

Nu hebben Dr. Borah en zijn collega's van OIST, en hun medewerkers aan het Trinity College in Dublin, Ierland, en de Universiteit van Queensland in Brisbane, Australië, een nieuwe foutcorrectietechniek voorgesteld, die onlangs is gepubliceerd in Physical Onderzoek onderzoek.

Het bereiken van QEC omvat het maken van een verzameling van meerdere qubits met behulp van een kwantummechanische eigenschap die verstrengeling wordt genoemd. Om fouten in de qubits te detecteren, moet een QEC-schema een reeks metingen toepassen die bekend staan ​​​​als syndroommetingen. Deze metingen beoordelen of twee qubits van de naaste buren in dezelfde richting zijn uitgelijnd of niet. De resultaten van deze metingen worden syndromen genoemd en op basis daarvan kan de fout in de qubits worden opgespoord en vervolgens gecorrigeerd.

Veelgebruikte QEC-schema's zijn meestal traag en leiden ook tot een snel verlies van informatie die is opgeslagen in de qubits als gevolg van fouten die ze niet in realtime kunnen opvangen en corrigeren. Bovendien gebruiken dergelijke QEC-methoden een conventionele kwantummeetbenadering, projectieve meting genaamd, om de syndromen te krijgen. Deze aanpak vereist een aantal extra qubits, waardoor het veel middelen vergt.

In plaats daarvan gebruikten Dr. Borah en zijn collega's een benadering die continue meting wordt genoemd. Dergelijke metingen kunnen veel sneller worden uitgevoerd dan conventionele projectieve metingen op een zeer hulpbronnenefficiënte manier. Ze ontwikkelden een QEC-schema genaamd op metingen gebaseerd schatterschema voor continue kwantumfoutcorrectie (MBE-CQEC), dat snel en efficiënt fouten van gedeeltelijke, lawaaierige syndroommetingen kon detecteren en corrigeren. Ze hebben een krachtige klassieke computer opgezet om te fungeren als een externe controller (of schatter) die fouten in het kwantumsysteem schat, de ruis perfect filtert en feedback toepast om ze te corrigeren.

Het nieuwe QEC-schema is gebaseerd op een theoretisch model dat nog experimenteel moet worden gevalideerd op een kwantumcomputer, legt Dr. Borah uit. Het heeft ook een belangrijke beperking:naarmate het aantal qubits in het systeem toeneemt, wordt realtime simulatie van de schatter exponentieel langzamer.

"We werken eraan en we hopen dat anderen in het veld het probleem ook zullen oppakken", concludeerde Dr. Borah. + Verder verkennen

Het toevoegen van logische qubits aan de Sycamore-kwantumcomputer vermindert het foutenpercentage