Kvanttitietokoneiden kohinaa vähentäen

Professori Winfried Hensingerin johtama tutkijaryhmä on tehnyt merkittävän läpimurron yhdestä suurimmasta kvanttitietokoneiden ongelmasta: kuinka vähentää ympäristökohinan häiritseviä vaikutuksia suuren skaalan kvanttitietokoneille.

Sussexin yliopiston Ion Quantum Technology Group on onnistunut dramaattisesti vähentämään ympäristökohinan vaikutuksia, jotka vaikuttavat loukutettuihin ioneihin perustuviin kvanttikoneisiin.

Tutkijoiden mukaan se tarkoittaa, että yliopiston kehittämän kvanttikoneen prototyyppi on taas yhden askeleen lähempänä laajamittaisen kvanttitietokoneen rakentamista.

Nykyiset kvanttikoneet sisältävät vain kourallisen kvanttibittejä. Mutta kun tavoitteena on suuren skaalan kone, tarvitaan paljon kubitteja, mikä puolestaan lisää herkkyyttä erilaisille kohinatekijöille.

Professori Hensingerin tiimi työskenteli teoreetikko Florian Mintertin ja Imperial College Lontoon kollegoiden kanssa, jotka loivat teorian siitä, miten kohinaongelman voisi ratkaista manipuloimalla kvanttitietokoneen sisäisiä outoja kvanttivaikutuksia.

Teoria mahdollistaa kvanttilaskelmien suorittamisen siten, että koneen alkuperäisten toimintaparametrien muutokset eivät vaikuta merkittävästi laskennan lopputulokseen. Tämä puolestaan auttaa eristämään kvanttikonetta ympäristökohinan vaikutuksilta.

Sussex-tiimi käytti monimutkaisia radiotaajuus- ja mikroaaltosignaaleja manipuloimaan yksittäisiin varattuihin atomeihin (ionit) sisältyviä kvanttiefektejä osoittaakseen saavutuksen käytännön kokeissa.

Professori Hensinger toteaa: "Nyt on aika kääntää akateemiset saavutukset käytännön koneiden rakentamiseksi. Hän toteaa saavutuksen olevan toinen käytännön askel kohti miljoonien kubittien kvantti-tietokoneiden rakentamista.

Australialaiset tieteilijöiden johdolla on puolestaan tehty ensimmäinen demonstraatio topologisesti suojatun kaksoisfotonin tilasta.

"Voimme nyt ehdottaa reittiä rakentaa vankkoja lomittuneita tiloja logiikkaporteille käyttäen suojattuja fotoniparia", toteaa fyysikko Andrea Blanco-Redondo, Sydneyn Nano -instituutista.

Sydneyn yliopiston tutkijat ovat kehittivät piin nanolangoista hilarakenteen, joka luo erityisen symmetrian ja siten epätavallisen vahvan keston fotonien korrelaatiolle. Vahva kestävyys johtuu taustalla olevasta topologiasta, hilan globaalista ominaisuudesta, joka pysyy ennallaan häiriöitä vastaan.

Esimerkiksi Microsoft Quantum Laboratories pyrkii kehittämään elektroniperustaisia kubitteja, joissa kvantti-informaatio on topologisesti suojattu Majorana fermionien nimellä tunnettujen kvartsipartikkeleiden solmun avulla.

Saavutus on vielä perustavalla tasolla, mutta se osoittaa topologisesti järjestettyyn materiaalin liittyvän suojatun tilan olemassaolon. Tutkijoiden mukaan seuraava askel on parantaa fotonilomittumisen suojausta ja luoda vankat, skaalautuvat kvanttilogiikkaportit.

Aiheesta aiemmin: Tarkempaa kubittien mittausta

Kvanttitietokoneen rakentaminen yksinkertaistuu (Sussex Ion Quantum Technology Group)

Uutta puhtia kvanttitietokoneen kehitykseen