Kubitti, jossa on sisäänrakennettu virheenkorjaus

Mainzin, Olomoucin ja Tokion yliopistojen tutkijat ovat onnistuneet generoimaan loogisen kubitin, jolla on luontainen kyky korjata virheitä, yksittäisestä valopulssista.

Kvanttitietokoneet ovat vielä lapsenkengissään koska kubittien saatavuus on edelleen riittämätön. Yksi syy tähän on, että kubitteja ei sellaisenaan käytetä kvanttialgoritmin suorittamisessa vaan niistä muodostetaan kvanttisuperpositio, joka on herkkä ulkoisille vaikutuksille.

Sen varmistamiseksi, että kvanttitietokoneet saavat aikaan luotettavia tuloksia, on tarpeen luoda aito lomittuminen useiden fyysisten kubittien kesken muodostamaan loogisen kubitin. Silloin yhden kubitin epäonnistuminen ei tuhoa loogisen kubitin informaatiota.

Tästä seuraa, että tarvitaan suuri määrä fyysisiä kubitteja mikä on sitten yksi suurimmista kvanttitietokoneiden kehitystä estävästä ongelmista.

Kvanttilaskennan tekemiseksi elinkelpoiseksi käytetään monia erilaisia konsepteja. Suuret yritykset luottavat tällä hetkellä esimerkiksi suprajohtaviin järjestelmiin, mutta niiden haittana on, että ne toimivat vain absoluuttisen nollan lähellä olevissa lämpötiloissa.

Fotoniset konseptit sen sijaan toimivat huoneenlämmössä. Niissä yksittäiset fotonit toimivat yleensä fyysisinä kubitteina. Fotonit toimivat luonnostaan nopeammin kuin kiinteän olomuodon kubitit, mutta samalla ne hajoavat helpommin.

Kubittihävikkien ja muiden virheiden välttämiseksi on tarpeen kytkeä useita yhden fotonin valopulsseja yhteen loogisen kubitin muodostamiseksi – kuten muissakin kvanttilaskennan nykyisissä konsepteissa.

Tokion yliopiston tutkijat yhdessä kollegoiden kanssa Johannes Gutenberg University Mainzista (JGU) Saksasta ja Palacký University Olomouc Tšekin tasavallasta ovat äskettäin osoittaneet uuden tavan rakentaa fotoninen kvanttitietokone.

Yksittäisen fotonin sijaan ryhmä käytti laserilla tuotettua valopulssia, joka voi koostua useista fotoneista. "Laserpulssimme muutettiin kvanttioptiseen tilaan, joka antaa meille luontaisen kyvyn korjata virheet", sanoi professori Peter van Loock Mainzin yliopistosta.

"Vaikka järjestelmä koostuu vain laserpulssista ja on siten hyvin pieni, se voi periaatteessa poistaa virheet välittömästi." Näin ollen ei ole tarvetta tuottaa yksittäisiä fotoneja kubitteina lukuisten valopulssien avulla ja sitten saada ne vuorovaikutukseen loogisina kubitteina.

"Tarvitsemme vain yhden valopulssin saadaksemme vankan loogisen kubitin", lisäsi van Loock. Toisin sanoen fyysinen kubitti vastaa jo tässä järjestelmässä loogista kubittia – merkittävä ja ainutlaatuinen käsite.

Tokion yliopistossa kokeellisesti tuotettu looginen kubitti ei kuitenkaan ollut vielä riittävän laadukas antamaan tarvittavaa virhetoleranssitasoa. Siitä huolimatta tutkijat ovat selvästi osoittaneet, että ei-universaalisti korjattavia kubitteja on mahdollista muuntaa korjattaviksi kubiteiksi innovatiivisimpien kvanttioptisten menetelmien avulla.

Aiheesta aiemmin

Loogisen kubitin elinikää ja virhesuhdetta parantaen

Suunnitelma vikasietoisille kubiteille

Pintakoodit virheitä korjaamaan