Kvantedatamaskiner lover å løse enkelte problemer som er ekstremt vanskelige for dagens datamaskiner.
Men det finnes en stor hindring: kvanteinformasjon er svært skjør, og selv bittesmå forstyrrelser kan føre til at en beregning går galt.
Forskere ved Chalmers tekniska högskola i Sverige har nå foreslått en måte å utføre et bredt spekter av avanserte kvanteoperasjoner mer enn 1000 ganger raskere enn enkelte tidligere metoder. Ved å fullføre operasjonene mye raskere kan tilnærmingen redusere tiden feil har til å bygge seg opp.
Camp Nou blir arena for Champions League-finalen
Den teoretiske studien ble publisert i Physical Review Letters under tittelen «Single-Period Floquet Control of Bosonic Codes with Quantum Lattice Gates». Forfatterne er Tangyou Huang, Lei Du og Lingzhen Guo, som er tilknyttet Chalmers tekniska högskola og Tianjin-universitetet.
Vanlige datamaskiner lagrer informasjon som bits, som normalt har verdien 0 eller 1. Kvantedatamaskiner bruker kvantebits, eller qubits, som kan oppføre seg på mer komplekse måter og gjøre det mulig å angripe visse beregninger helt annerledes.
Denne uvanlige oppførselen kan etter hvert hjelpe med problemer innen områder som kjemi, legemiddelutvikling, energiteknologi, logistikk og materialvitenskap. Men nyttige storskala kvantedatamaskiner vil måtte holde feil under kontroll gjennom lange og kompliserte beregninger.
Det er vanskelig, fordi qubits er ekstremt sensitive. Elektrisk støy, uønsket varme, stråling og andre små endringer i omgivelsene kan forstyrre kvantetilstanden deres og skade informasjonen som bearbeides.
Forskerne utvikler derfor kvantefeilretting. Det grunnleggende målet er å beskytte viktig informasjon slik at feil kan oppdages og rettes opp før de ødelegger en hel beregning.
Chalmers-teamet studerte en tilnærming kjent som bosoniske kvantekoder. I stedet for å lagre kvanteinformasjon bare i individuelle qubits, kan disse kodene plassere informasjon i kontrollerte mikrobølgefelt inne i superledende kretser.
Denne metoden kan gi innebygd beskyttelse mot visse typer feil. Men å skape og kontrollere de kompliserte kvantetilstandene som trengs for disse kodene, har i seg selv vært langsomt og vanskelig.
Tidligere metoder kan kreve tusenvis av gjentatte kontrollsykluser for å produsere en ønsket operasjon. Hver ekstra syklus tar tid, og lengre operasjoner gir miljøforstyrrelser flere muligheter til å forstyrre kvanteinformasjonen.
Forskerne utviklet en snarvei basert på det de kaller kvantegitterporter. Disse portene er grunnleggende kontrollverktøy utformet for å utføre et bredt spekter av operasjoner på bosoniske kvantetilstander.
Med den nye metoden kan operasjoner som tidligere kunne kreve flere tusen drivsykluser, fullføres innen én enkelt syklus. For enkelte oppgaver representerer det en hastighetsøkning på mer enn 1000 ganger.
Forskeren Lei Du forklarte at raskere operasjoner ikke bare handler om å få en kvantedatamaskin til å fullføre en beregning tidligere. Å redusere lengden på en operasjon kan også senke sjansen for at utenforstående forstyrrelser ødelegger informasjonen før operasjonen er fullført.
Medforfatter Tangyou Huang sammenlignet ideen med å bygge et stort Lego-slott. I stedet for å plassere hver kloss individuelt, er de nye portene mer som ferdiglagde seksjoner som raskt kan settes sammen, noe som reduserer antallet nødvendige steg.
Teknikken bruker nøye utformede, repeterende kontrollsignaler for å styre kvantesystemet. Tidligere tilnærminger basert på lignende repeterende signaler trengte generelt mange sykluser, mens det nye designet lar den tiltenkte porten produseres direkte i én syklus.
En annen fordel er at forslaget er utformet for superledende kvantekretser. Superledende systemer er allerede mye brukt i kvantedatabehandlingsforskning, så metoden kan være kompatibel med teknologi laboratorier utvikler i dag.
Chalmers jobber selv med superledende kvantedatabehandling, inkludert arbeid mot en 100-qubit-maskin. Forskerne sier de diskuterer mulige eksperimentelle tester av den nye teknikken med kolleger.
Det eksperimentelle steget blir viktig. Det nåværende arbeidet er teoretisk, noe som betyr at forskerne har vist gjennom matematisk og databasert analyse hvordan metoden skal fungere, men den må fortsatt demonstreres i ekte kvantevare.
Dersom eksperimenter bekrefter den forutsagte hastigheten og kontrollen, kan tilnærmingen løse en viktig flaskehals i kvantedatabehandling. Rask klargjøring og kontroll av feilbeskyttede kvantetilstander vil være avgjørende dersom fremtidige maskiner skal kunne utføre lange beregninger pålitelig.
Studien betyr ikke at feiltolerante kvantedatamaskiner nå er klare. Mange ingeniør- og vitenskapelige utfordringer gjenstår, inkludert å forbedre maskinvaren, redusere ulike typer feil og skalere systemer til mye større antall pålitelige kvantekomponenter.
Likevel gir forskningen en mulig måte å gjøre én viktig del av kvantedatabehandling dramatisk raskere. Ved å forkorte kompliserte operasjoner fra tusenvis av kontrollsykluser til én, kan metoden hjelpe forskere med å bygge kvantesystemer som har mindre tid til å gjøre feil.
Read on TimePeopleWorld: Avengers: Doomsday Breaks Barrier — Historic pre‑sale record shocks the industry
