Älykkäämpi tapa mitata kvanttijärjestelmiä

UNSW Sydneyn insinöörit ovat hyödyntäneet kuuluisaa Schrödingerin kissa -analogiaa osoittaakseen tehokkaamman tavan poistaakseen virheitä kvanttilaskennassa.

"Kuvittele, että yrität löytää kissasi piiloutuneena yhteen kahdeksasta identtisestä pahvilaatikosta pimeässä ja meluisassa huoneessa", sanoo professori Andrea Morello. "Huoneeseen ei saa mennä – oven avaaminen voi tappaa kissan. Mikä on optimaalinen strategia sen piilopaikan selvittämiseksi?

Tutkimuksessa "kissa" on piikvanttisiruun istutetun antimoniatomin ydin. Vaikka antimoniydin on atomaarisesti pieni, sillä on kahdeksan kvanttitilaa, joita voidaan käyttää kvantti-informaation koodaamiseen.

Kahdeksan eri tilan käyttäminen antaa lisätilaa laskennan aikana mahdollisesti esiintyvien virheiden havaitsemiseen ja korjaamiseen.

"Informaation koodaamiseen käytettyjä kvanttitiloja kutsutaankin 'Schrödingerin kissan' tiloiksi", jatkaa Morello. "Keskeinen ongelma on selvittää, onko tapahtunut virhe häiritsemättä atomiin – tai 'kissaan' – koodattua arvokasta informaatiota."

Tutkijoiden käyttämässä fyysisessä järjestelmässä elektroni on koetin, joka voidaan ujuttaa atomin päälle ja sitten poistaa siitä ehdollisesti ydinspinin kvanttitilassa. Elektronin lisäys ja poisto voivat järkyttää ydintä ja saada sen siirtymään eri tilaan.

Kun uutta strategiaa sovelletaan "atomikissaan", elektronin tarvitsee irrota atomista vain kerran. Sen jälkeen tutkitaan vain tyhjiä tiloja. Tämä menetelmä puolitti virhemahdollisuuden ja lyhensi mittausajan kokonaisuudessaan kolmannekseen.

Pääkirjoittaja Arjen Vaartjes sanoo, että tätä mukautuvaa mittausstrategiaa käyttämällä tiimi onnistui nostamaan "kissan löytämisen oikeasta laatikosta" varmuuden 99,61 prosenttiin.

"Tämä arvo on merkittävä, koska se asettaa järjestelmämme mittaustarkkuuden alueelle, joka on välttämätön onnistuneen kvanttivirheenkorjauksen suorittamiseksi."

Muuttamalla mittausstrategiaansa tiimi osoitti, että on mahdollista saada enemmän informaatiota aiheuttamalla samalla vähemmän häiriöitä – olennainen askel kohti hyödyllisen mittakaavan kvanttilaskentaa.

Tiimin mukaan lähestymistapa voisi parantaa kvanttivirheiden korjauksessa käytettäviä "keskipiirin" mittauksia, mikä on merkittävä haaste skaalautuvien kvanttitietokoneiden kehittämisessä.

Professori Morellon mukaan työn laajempi vaikutus on se, että sitä voidaan soveltaa moniin muihin kvanttilaskentajärjestelmiin.

Aiheesta aiemmin:

Kvanttilaskentaa ilman keskeytyksiä

Kvanttisiru reitittimellä ja tehokkaalla virheenkorjauksella