Et eksperiment ledet af Michael Devorette fra Yale University beviser det
Hvad er qubits?
Information i klassisk databehandling kommeri form af bits svarende til etaller eller nuller. I kvanteberegning er det gemt i specielle enheder med kvanteegenskaber, som er kendt som kvantebits eller "qubits".
IBM 7 Qubit-enhed. Foto: Flickr
I et laboratorium på Yale Universityde er skabt af superledende kredsløb afkølet til temperaturer 100 gange lavere end i det ydre rum. Hver qubit repræsenterer én eller nul, eller mærkeligt nok både én og nul på samme tid. Denne "kvanteparallelisme" er en af de egenskaber, der gør det muligt for kvantecomputere at udføre beregninger. Potentielt - flere størrelsesordener hurtigere end det er muligt på klassiske supercomputere.
Hvad er problemet med kvanteberegning?
Kvantesystemer er dog skrøbelige. De er hjemsøgt af det grundlæggende fænomen dekohærens - en proces, hvor informationen lagret i qubits hurtigt mister sine kvanteegenskaber som følge af deres interaktion med miljøet. Med enkle ord forstyrrer enhver interferens fra det eksterne miljø driften af sådanne systemer, hvilket gør dem umulige. Dette forhindrer kvantecomputere i at blive implementeret overalt.
Der er en løsning, men den er ikke så enkel
Kvantefejlkorrektion, hvilket er teoretiskopdaget i 1995, tilbyder et middel til at bekæmpe denne dekohærens. Den beskytter en kvantebit af information ved at kode den ind i et større system, end det generelt er nødvendigt for at repræsentere en enkelt qubit.
IBM 16 Qubit-processor. Foto: Flickr
Dette større system har dog indflydelsemiljøet er endnu mere aggressivt, og den kodede qubit er mere skrøbelig. På grund af denne effekt og komplikationerne forbundet med yderligere fejlkorrektionskomponenter forlængede denne proces ikke kvantebittens levetid i praksis. Forskerne siger, at det faktisk er en sjælden begivenhed at bryde selv med selv en ukorrigeret qubit. I modsætning til teoretiske løfter fremskynder fejlkorrektion i de fleste eksperimenter dekohærensen af kvanteinformation.
Hvad har forskerne gjort?
Under eksperimentet viste forskerne for første gangat stigende systemredundans, aktiv detektion og korrektion af kvantefejl sikrede øget stabilitet af kvanteinformation. "Vores eksperiment beviser, at kvantefejlkorrektion er et rigtigt, praktisk værktøj. Dette er mere end blot en demonstration af princippet,” forklarer fysikeren.
En gruppe videnskabsmænd har formået at mere end fordoble levetiden for kvanteinformation. Deres fejlkorrigerende qubit varede 1,8 millisekunder - i kvanteberegning sker alt hurtigt.
De opnåede resultater ved hjælp af kodefejlrettelsessoftware, som blev opfundet i 2001. "Ja, på vores felt er der forsinkelser mellem teoretiske forslag og deres praktiske implementering," forklarer Michael Devorette.
Illustration af qubits. Kredit: Yale University
Vladimir Sivak, hovedforfatteren af artiklen, udtalte detYdeevne blev delvist opnået ved brug af en maskinlæringsagent. Han tilpassede fejlretningsprocessen for at forbedre resultatet.
»Der er ikke ét enkelt gennembrud, dertillod os at få dette resultat. Faktisk er det en kombination af forskellige teknologier udviklet i løbet af de sidste par år. Vi kombinerede i dette eksperiment forklarede en elev i Devorets laboratorium, nu Google-forsker.
Hvorfor er det så vigtigt?
Den praktiske succes med kvanteberegning vil væreafhænge af evnen til at skabe kvantebits af ekstrem høj kvalitet ved hjælp af kvantefejlkorrektion. Et nyt eksperiment bekræfter en hjørnestensantagelse om kvanteberegning; Ved at fordoble en qubits levetid har forskere bevist en nøgleteori inden for kvantefysik. "Dette er meget opmuntrende," konkluderer undersøgelsesforfatterne.
Læs mere:
Fandt en måde at sænke blodsukkeret uden insulininjektioner
Forskere mener, at universets form ikke er, hvad alle tror
NASA helikopter viste solnedgang på Mars. Det ligner ikke jorden.
Forsideillustration: geralt