Nu kan avancerade kvantoperationer bli tusen gånger snabbare
Ny forskning från Chalmers tekniska högskola visar en metod som kan snabba upp kvantoperationer. Metoden gör det möjligt att utföra ett brett spektrum av avancerade kvantoperationer i en enda sekvens – ett viktigt steg i att uppnå feltoleranta kvantdatorer.
Kvantdatorer är extremt känsliga för störningar, brus och överhettning. Det gör att kvanttekniken fortfarande inte slagit igenom på samhällsnivå. Ju längre tid en kvantoperation pågår, desto högre är risken att kvantoperationen störs vilket då avbryter kvantberäkningen.
Chalmersforskarna, Lei Du och Tangyou Huang, har nu tagit fram en helt ny metod som angriper en av kvantteknologins utmaningar i utvecklingen av feltoleranta kvantdatorer.
– Vår metod visar att vi kan göra flera olika kvantoperationer av det här slaget i en enda sekvens, i stället för att behöva upprepa processen flera tusen gånger. Kvantoperationerna blir alltså snabbare och mer effektiva, och man minskar risken för att störningar ska hinna förstöra informationen. Det här är ett viktigt steg mot feltoleranta kvantdatorer, säger Lei Du i en intervju med Chalmers tekniska högskola.
I stället för att försöka uppnå kvanttillstånd steg för steg använder metoden en uppsättning kvantgittergrindar. Dessa grindar minskar antalet styrsteg drastiskt och gör processen både enklare och mindre känslig för fel. Forskarna liknar det vid ett Legoslott.
– I stället för att bygga ihop slottet bit för bit och riskera att det blir fel någonstans på vägen så funkar kvantgittergrindarna som en färdig legomodul som du snabbt kan sätta ihop med en annan färdig modul, säger Tangyou Huang till Chalmers.
Metoden är utformad för att användas i supraledande kvantdatorer, en av de plattformar som just nu ligger långt fram i utvecklingen av storskaliga kvantdatorer. Chalmers utvecklar samtidigt en supraledande kvantdator som på sikt ska nå 100 kvantbitar.
Bosoniska koder
I framtagandet av mer motståndskraftiga och feltoleranta kvantdatorer behöver även den ömtåliga kvantinformationen skyddas. Kvantforskare har därför intresserat sig mer av så kallade bosoniska kvantkoder.
Bosoniska kvantkoder är ett sätt att lagra och skydda kvantinformation i mikrovågsresonatorer. För att kunna använda dessa koder i beräkningar måste forskarna kunna utföra avancerade kvantoperationer på de lagrade tillstånden. Det är här den nya metoden kommer in. Genom att kombinera kvantgittergrindar med så kallad Floquet-styrning kan forskarna skapa sådana operationer i en enda styrpuls, i stället för att bygga upp dem stegvis med tusentals pulser.
Kvantteknikens framtid
Genom att snabba på kvantoperationerna och öka tillförlitligheten förväntar sig forskarna att kvantteknologin snart kommer få sitt samhällsgenombrott. Områden där kvantteknologin väntas spela en viktig roll är bland annat energisystem, läkemedelsutveckling, kryptering, artificiell intelligens och logistik.
– Det är en viktig styrka att vår metod kan användas på dagens supraledande kvantdatorer. Vi för redan diskussioner med kollegor på Chalmers om möjliga experimentella tester, och vi hoppas kunna demonstrera metoden inom en snar framtid, säger Tangyou Huang.
Den vetenskapliga studien, Single-Period Floquet Control of Bosonic Codes with Quantum Lattice Gates, är publicerad i Physical Review Letters. Wallenberg Center for Quantum Technology (WACQT), The National Natural Science Foundation of China (NSFC), samt Knut och Alice Wallenbergs Stiftelse har finansierat forskningen.
Författarna, Tangyou Huang, Lei Du och Lingzhen Guo är verksamma vid Chalmers tekniska högskola och Tianjin University i Kina.