Onderzoekers van Yale University hebben een van de belangrijkste stappen in het ontwerp van modulaire kwantumcomputers aangetoond: de opzettelijke "teleportatie" van een kwantumpoort tussen twee qubits.
Het onderzoek is gepubliceerd in het tijdschrift Nature. Het belangrijkste principe van dit werk is kwantumteleportatie, een unieke eigenschap van de kwantummechanica, die voorheen werd gebruikt om onbekende kwantumtoestanden tussen twee partijen over te dragen zonder de staat zelf fysiek te sturen. Met behulp van een theoretisch protocol dat in de jaren negentig is ontwikkeld, demonstreerden Yale-wetenschappers experimenteel een kwantumoperatie - een poort - zonder enige directe interactie. Dergelijke poorten zijn nodig voor quantum computing, dat afhankelijk is van netwerken van individuele quantumsystemen - een architectuur die volgens veel onderzoekers de fouten die inherent zijn aan quantum computing-processors kan compenseren.
Een team onder leiding van hoofdonderzoeker Robert Schoelkopf en voormalig afgestudeerde student Kevin Chow onderzoekt een modulaire benadering van quantum computing. De modulariteit die inherent is aan alles, van de organisatie van de biologische cel tot de motoren van de nieuwste raketten van SpaceX, heeft bewezen een effectieve strategie te zijn bij het bouwen van grote, complexe systemen. Een modulaire kwantumarchitectuur bestaat uit een reeks modules die functioneren als kleine kwantumprocessors die zijn verbonden met een groter netwerk.
De modules in deze architectuur zijn van nature van elkaar geïsoleerd, wat ongewenste interacties tussen grotere systemen voorkomt. Deze isolatie bemoeilijkt echter ook transacties tussen modules. Teleporterende poorten zijn een manier om bewerkingen tussen modules uit te voeren.
Een overzicht van het modulaire kwantumarchitectuurnetwerk in een nieuwe studie.
"Ons werk was de eerste keer dat dit protocol werd gedemonstreerd, waarbij klassieke communicatie in realtime plaatsvindt, wat een 'deterministische' operatie mogelijk maakt die elke keer het noodzakelijke proces uitvoert", zegt Chow.
Volledig functionerende kwantumcomputers hebben het potentieel om rekensnelheden te behalen die ordes van grootte hoger zijn dan die van de huidige supercomputers. Wetenschappers van Yale lopen voorop in het onderzoek naar de eerste volledig functionele kwantumcomputers en hebben al baanbrekend werk verricht op het gebied van kwantumcomputers met supergeleidende circuits.
Quantum computing wordt gedaan met gevoelige gegevensbits die bekend staan als qubits, die foutgevoelig zijn. In experimentele kwantumsystemen worden "logische" qubits bestuurd door "hulp" qubits voor registratie en onmiddellijke foutcorrectie.
Promotie video:
"Ons experiment is de eerste demonstratie van een twee-qubit-bewerking tussen logische qubits", zegt Schoelkopf. "Dit is een mijlpaal op weg naar het verwerken van kwantuminformatie met foutcorrigerende qubits."
Vladimir Guillen
