Datorer gör också misstag. Dessa undertrycks vanligen genom tekniska åtgärder eller upptäcks och korrigeras under beräkningen. I kvantdatorer innebär detta en viss ansträngning, eftersom det inte går att göra någon kopia av ett okänt kvanttillstånd. Detta innebär att tillståndet inte kan sparas flera gånger under beräkningen och att ett fel inte kan upptäckas genom att jämföra dessa kopior.
Inspirerad av klassisk datavetenskap har kvantfysiken utvecklat en annan metod där kvantinformationen fördelas över flera sammanflätade kvantbitar och lagras redundant på detta sätt. Hur detta görs definieras i så kallade korrigeringskoder.
Under 2022 implementerade ett team under ledning av Thomas Monz från institutionen för experimentell fysik vid universitetet i Innsbruck och Markus Müller från institutionen för kvantinformation vid RWTH Aachen och Peter Grünberg-institutet vid Forschungszentrum Jülich i Tyskland en universell uppsättning operationer på feltoleranta kvantbitar och demonstrerade hur en algoritm kan programmeras på en kvantdator så att fel kan korrigeras effektivt.
Men olika kvantfelkorrigeringskoder medför också olika svårigheter. En sats säger att ingen korrigeringskod kan implementera alla de grindoperationer som krävs för fritt programmerbara beräkningar med de logiska kvantbitarna på ett enkelt och felfritt sätt.
Kvantgrindar realiseras med olika korrigeringskoder
För att kringgå denna svårighet har Markus Müllers forskargrupp etablerat en metod som gör att kvantdatorn kan växla fram och tillbaka mellan två korrigeringskoder på ett feltolerant sätt.
Resultaten publicerades i tidskriften Nature Physics.
”På så sätt kan kvantdatorn växla till den andra koden när en logisk grind som är svår att realisera dyker upp i den första koden. Det gör det lättare att implementera alla grindar som krävs för beräkningar”, förklarar Friederike Butt, doktorand i Markus Müllers forskargrupp.
Hon har utvecklat de kvantkretsar som experimentet bygger på och implementerat dem i nära samarbete med Thomas Monz forskargrupp i Innsbruck.
”Tillsammans har vi för första gången lyckats realisera en universell uppsättning kvantgrindar på en kvantdator i en jonfälla med hjälp av två kombinerade kvantfelkorrigeringskoder”, säger doktoranden Ivan Pogorelov från forskargruppen i Innsbruck.
”Det här resultatet bygger på vårt mångåriga och goda samarbete med Markus Müllers team”, säger Thomas Monz, som känner den teoretiska fysikern från sina doktorandstudier vid universitetet i Innsbruck.
För mer information: Experimentell feltolerant kodväxling, Nature Physics (2025). DOI: 10.1038/s41567-024-02727-2. På arXiv: DOI: 10.48550/arxiv.2403.13732
