Kvantdatorer väntas kunna lösa problem som är omöjliga för dagens superdatorer, men tekniken står fortfarande inför en grundläggande utmaning: hur kan man vara säker på att de kvantlogiska grindarna verkligen fungerar som de ska?
Nu har forskare utvecklat en ny verifieringsmetod som gör det möjligt att kontrollera att kvantdatorers logiska grindar fungerar korrekt – utan att behöva undersöka den bakomliggande hårdvaran. Metoden kan bli ett viktigt verktyg när kvantdatorer blir mer avancerade och börjar användas i kommersiella och vetenskapliga tillämpningar.
Verifiering är en av kvantdatorernas stora utmaningar
En kvantdator bygger sina beräkningar på så kallade kvantgrindar, motsvarigheten till de logiska operationer som används i vanliga datorer.
Problemet är att kvanttillstånd är extremt känsliga för störningar. Små fel i en enda grind kan snabbt sprida sig genom en beräkning och göra resultatet oanvändbart.
Dagens metoder för att verifiera kvantgrindar kräver ofta detaljerad kunskap om den specifika hårdvaran eller omfattande kalibreringar, vilket blir allt svårare i takt med att systemen växer.
Kontrollerar resultatet – inte konstruktionen
Den nya metoden bygger på ett så kallat nästan enhetsoberoende certifieringssystem.
I stället för att analysera hur kvantprocessorn är konstruerad undersöker forskarna de kvantmekaniska resultat som produceras. Om mätningarna uppfyller ett antal matematiska kriterier kan man med hög säkerhet visa att den aktuella kvantgrinden fungerar korrekt.
Det innebär att verifieringen i stor utsträckning blir oberoende av vilken teknik som används för att bygga kvantdatorn.
Fungerar för universella kvantgrindar
Forskarna visar att metoden kan användas för att certifiera ett brett spektrum av kvantgrindar, inklusive de tvåqubitsgrindar som utgör grunden för universell kvantberäkning.
Just dessa grindar är avgörande eftersom de kan skapa kvantsammanflätning mellan olika kvantbitar – en egenskap som ger kvantdatorer deras stora beräkningsfördel jämfört med klassiska datorer.
Kan stärka förtroendet för framtidens kvantdatorer
När kvantdatorer börjar användas för avancerade beräkningar inom exempelvis läkemedelsutveckling, materialforskning och kryptering blir det avgörande att resultaten går att lita på.
Den nya verifieringsmetoden skulle kunna göra det möjligt för användare att kontrollera att en kvantdator verkligen utfört de önskade operationerna, även om processorn utvecklats av en extern tillverkare och dess interna konstruktion är okänd.
Viktigt steg mot skalbara kvantsystem
Forskarna menar att metoden är särskilt värdefull när framtidens kvantdatorer växer till hundratals eller tusentals kvantbitar.
I sådana system blir det praktiskt taget omöjligt att kontrollera varje komponent individuellt. Genom att istället verifiera de logiska operationerna direkt kan certifieringen bli betydligt mer skalbar och effektiv.
Det kan också förenkla utvecklingen av kvantnätverk där flera olika kvantprocessorer behöver samverka på ett tillförlitligt sätt.
Ett steg närmare pålitliga kvantdatorer
Även om metoden fortfarande befinner sig på forskningsstadiet representerar den ett viktigt framsteg inom kvantinformation.
Genom att kunna verifiera kvantgrindar utan att behöva känna till den bakomliggande tekniken öppnas nya möjligheter att bygga mer robusta, tillförlitliga och standardiserade kvantdatorsystem. I takt med att tekniken mognar kan sådana verifieringsmetoder bli lika viktiga som själva hårdvaran – och bidra till att göra framtidens kvantdatorer både säkrare och mer användbara.
Publikationsuppgifter
Shubhayan Sarkar et al., Universal device-independent certification of arbitrary quantum gates, Physical Review Letters (2026).
