Suprajohtavien kubittien hilakirurgiaa bit-flip-virheiden korjaukseen

Viimeaikaiset kokeet ovat edenneet tähän suuntaan osoittamalla riittävän alhaisia virhesuhteita yhden loogisen kubitin tilan säilyttämiseksi.

Kvanttilaskenta-algoritmit edellyttävät kuitenkin myös, että nämä loogiset kubitit voidaan lomittaa toisiinsa ja että niille voidaan suorittaa porttioperaatioita.

Yksi virheluokka liittyy dekoherenssiin ja siitä johtuviin virheisiin: bittien ja vaiheen vaihdoksiin. Näissä kubitti, voi yhtäkkiä ja arvaamattomasti muuttaa tilaansa arvosta "0" arvoon "1" tai että superpositiotilan suhteellinen vaihe voi hypätä positiivisesta negatiiviseen.

ETH Zurichin professori Andreas Wallraffin johtama tutkimusryhmä on yhteistyössä Paul Scherrer -instituutin (PSI) ja RWTH Aachenin yliopiston sekä Forschungszentrum Jülichin professori Markus Müllerin teoriaryhmän kanssa osoittanut tekniikan, jonka avulla voidaan suorittaa kvanttioperaatio suprajohtavien loogisten kubittien välillä ja korjata samalla operaation aikana mahdollisesti esiintyvät virheet.

Kaksiulotteisissa suprajohtavien kubittien matriiseissa jokainen kubitti on kiinteästi rakenteessa. Tällöin vain fyysiset kubitit, jotka ovat lähellä toisiaan voiva olla yhteydessä ja vuorovaikutuksessa toisiinsa.

”Hilakirurgia on tapa käsitellä tätä rajoitusta”, Kerschbaum sanoo.

Kokeessaan hän ja hänen kollegansa suorittivat aluksi virheenkorjauksen yhdelle loogiselle kubitille, jota koodasivat seitsemäntoista fyysistä kubittia. Datakubitit ja stabilisaattorit oli järjestetty karkeasti neliön muotoon. Muutaman syklin ajan tutkijat lukivat stabilisaattorit 1,66 mikrosekunnin välein suorittaen bitti- ja vaihekierron virheenkorjauksen.

Kun hilaleikkauksen aika koitti, neliön keskeltä luettiin kolme datakubittia, mikä käytännössä jakoi pintakoodineliön kahteen puolikkaaseen. Lisäksi X-tyypin stabilisaattoreiden lukeminen pysäytettiin.

"Tämän leikkauksen lopputuloksena oli kaksi toisiinsa lomittunutta loogista kubittia", Besedin selittää. Leikkauksen aikana bittikääntövirheet korjattiin; sen jälkeen bittikääntövirheiden korjausta voitiin jatkaa kahdella tuloksena olevalla puoliskolla. Tämä operaatio ei ole vielä kvanttiohjattu NOT-portti, mutta se voidaan muuttaa sellaiseksi suorittamalla sarja tällaisia jakoja ja yhdistämisoperaatioita.

”Voisi sanoa, että hilakirurgia on operaatio, ja kaikki muut voidaan rakentaa siitä”, Besedin sanoo. ”Tietojemme mukaan tämä on ensimmäinen kerta, kun hilakirurgiaa on tehty suprajohtaville kubiteille”, hän lisää, ”ja meillä on vielä matkaa jäljellä.”

Esimerkiksi yhden loogisen kubitin jako-operaation tekeminen stabiiliksi myös vaiheenvaihtoja vastaan vaatisi 41 fyysistä kubittia. Tämä hilakirurgian demonstraatio suprajohtavilla kubiteilla on kuitenkin tärkeä askel kohti kunnianhimoista tavoitetta rakentaa hyödyllisiä kvanttitietokoneita tuhansilla kubiteilla.

Aiheesta aiemmin:

IQM julkistaa resonaattorikeskeisen tähtiarkkitehtuurin

Pintakoodit virheitä korjaamaan