Uusi maailmanennätys kubitin toiminnan tarkkuudessa

Oxfordin yliopiston fyysikot ovat asettaneet uuden maailmanlaajuisen vertailuarvon yksittäisen kvanttibitin ohjauksen tarkkuudelle saavuttamalla kaikkien aikojen alhaisimman virheprosentin kvanttilogiikkaoperaatiossa – vain 0,000015 % eli yksi virhe 6,7 miljoonassa operaatiossa.

Tämä ennätyksellinen tulos edustaa lähes suuruusluokan parannusta edelliseen vertailuarvoon verrattuna, jonka sama tutkimusryhmä asetti kymmenen vuotta sitten.

”Tietojemme mukaan tämä on tarkin koskaan maailmassa tallennettu kubittioperaatio”, sanoo Oxfordin fysiikan laitoksen professori David Lucas, artikkelin toinen kirjoittaja. ”Se on tärkeä askel kohti käytännöllisten kvanttitietokoneiden rakentamista, jotka pystyvät ratkaisemaan tosielämän ongelmia.”

Yksi tutkimuksen johtavista kirjoittajista, Molly Smith (jatko-opiskelija, fysiikan laitos), sanoi: ”Vähentämällä merkittävästi virheiden mahdollisuutta tämä työ pienentää merkittävästi virheenkorjaukseen tarvittavaa infrastruktuuria, mikä avaa tien tulevaisuuden kvanttitietokoneille, jotka ovat pienempiä, nopeampia ja tehokkaampia. Kubittien tarkka hallinta on hyödyllistä myös muille kvanttiteknologioille, kuten kelloille ja kvanttisensoreille.”

Tämä ennennäkemätön tarkkuus saavutettiin käyttämällä loukkuun jäänyttä kalsiumionia kubittina (kvanttibittinä). Nämä ovat luonnollinen valinta kvantti-informaation tallentamiseen pitkän käyttöikänsä ja kestävyytensä ansiosta. Toisin kuin perinteisessä lasereita käyttävässä lähestymistavassa, Oxfordin tiimi kontrolloi kalsiumionien kvanttitilaa elektronisten (mikroaalto)signaalien avulla.

Tämä menetelmä tarjoaa paremman vakauden kuin laserohjaus ja sillä on myös muita etuja käytännöllisen kvanttitietokoneen rakentamisessa. Esimerkiksi elektroninen ohjaus on paljon halvempaa ja kestävämpää kuin laserit, ja se on helpompi integroida ionien sieppaussiruihin. Lisäksi koe suoritettiin huoneenlämmössä ja ilman magneettista suojausta, mikä yksinkertaisti toimivan kvanttitietokoneen teknisiä vaatimuksia.

Oxfordin tiimin edellinen paras yksittäisen kubitin virhesuhde vuonna 2014 oli yksi miljoonasta. Ryhmän asiantuntemus johti spin-out-yrityksen Oxford Ionicsin perustamiseen vuonna 2019, josta on tullut vakiintunut johtaja korkean suorituskyvyn loukkuun jääneiden ionien kubittialustojen alalla.

Vaikka tämä ennätyksellinen tulos on merkittävä virstanpylväs, tutkimusryhmä varoittaa, että se on osa suurempaa haastetta.

Kvanttilaskenta vaatii sekä yhden että kahden kubitin portteja toimiakseen yhdessä. Tällä hetkellä kahden kubitin porteilla on edelleen huomattavasti korkeammat virheprosentit – noin yksi 2000:sta parhaissa tähän mennessä tehdyissä demonstraatioissa – joten näiden vähentäminen on ratkaisevan tärkeää täysin vikasietoisten kvanttikoneiden rakentamiseksi.

Aiheesta aiemmin:

Kvanttiportteja, hyperlomittumista ja kvanttisuodatin

Kubitti, jossa on sisäänrakennettu virheenkorjaus

Loogisen kubitin elinikää ja virhesuhdetta parantaen