Vikasietoinen kvanttitietokonemuisti timantissa

Kvanttiverkoissa vikasietoinen kvanttimuisti on välttämätön. Kun tutkijat manipuloivat spin-kvanttimuistia, tarvitaan magneettikenttä. Magneettikenttä estää kuitenkin integraation suprajohtaviin kvanttibitteihin. Tukijoiden olikin paneuduttava kubitteihin, jotka toimivat ilman magneettikenttää.

Yokohaman yliopiston tutkimusryhmä on tarkastellut timantissa olevia typpivajauskeskuksia. He osoittivat kvanttivirheen korjauksen kvanttimuistissa käyttämällä timantin typpivakanssikeskusta, jossa oli kaksi ympäröivien hiili-isotooppien ydinspiniä. He testasivat kolmen kubitin kvanttivirheen korjausta sekä bitti- että vaihevaihtovirhettä vastaan nollamagneettikentän alla.

Bitti- tai vaihevaihtovirheitä voi ilmetä, kun magneettikentässä tapahtuu muutoksia. Nollan magneettikentän saavuttamiseksi ryhmä käytti kolmiulotteista kelaa poistamaan jäännösmagneettikenttä, mukaan lukien geomagneettinen kenttä. Tämä kvanttimuisti on virheenkorjauskoodattu korjaamaan virheet automaattisesti niiden tapahtuessa.

Aiemmatkin tutkimukset olivat osoittaneet kvanttivirheen korjauksen, mutta niitä on tehty suhteellisen voimakkaiden magneettikenttien alla. Yokohaman kansallisen yliopiston tutkimusryhmä on ensimmäinen, joka osoittaa elektronien ja ydinspinien kvanttitoiminnan ilman magneettikenttää.

"Kvanttivirheen korjaus tekee kvanttimuistista kestävän toiminnallisia tai ympäristövirheitä vastaan ilman magneettikenttien tarvetta ja avaa tien hajautettuun kvanttilaskentaan ja kvantti-internetiin muistiin perustuvilla kvanttiliitäntöjen rajapinnoilla tai kvanttitoistimilla", sanoo professori Hideo Kosaka.

Ryhmän demonstraatiota voidaan soveltaa suuren mittakaavan hajautetun kvanttitietokoneen ja pitkän matkan kvanttiviestintäverkon rakentamiseen yhdistämällä magneettikentille herkkiä kvanttijärjestelmiä, kuten suprajohtavia kubitteja spin-pohjaisiin kvanttimuisteihin.

Tulevaisuudessa tutkimusryhmällä on suunnitelmia viedä tekniikkaa askeleen pidemmälle. "Haluamme kehittää kvanttirajapinnan suprajohtavien ja fotonisten kubittien välille, jotta voidaan toteuttaa vikasietoinen laajamittainen kvanttitietokone", sanoi Kosaka.

Aiheesta aiemmin: