Ny metod från Chalmers gör kvantdatorers felkorrigering tusen gånger snabbare

Kvantdatorer har potential att lösa beräkningsproblem som är utom räckhåll för dagens mest avancerade superdatorer, med tillämpningar inom allt från läkemedelsforskning och materialutveckling till optimering av energisystem. Teknikens stora hinder har dock varit tillförlitligheten. Kvantbitar är extremt känsliga för omgivningen och drabbas lätt av beräkningsfel. Nu har fysiker vid Chalmers, i samarbete med kinesiska Tianjin University, utvecklat en styrningsmetod som kan göra vissa nödvändiga felkorrigerande operationer upp till tusen gånger snabbare. Resultaten presenterades i den vetenskapliga tidskriften Physical Review Letters.

Men varför är felkorrigering så svårt i just en kvantdator? I en vanlig dator representeras information av ettor och nollor, och fel upptäcks enkelt genom att jämföra dubblerade bitar. Kvantdatorns byggstenar existerar däremot i superposition, där de kan vara både nolla och etta samtidigt, vilket gör att minsta temperaturförändring eller elektriskt brus riskerar att förstöra tillståndet. För att skydda informationen används bland annat bosoniska koder, där data bäddas in i mikrovågsfält i supraledande resonatorer. Svagheten har varit att de styrsekvenser som krävs för att genomföra operationer på dessa koder hittills varit långsamma. Ju längre tid en operation tar, desto större är sannolikheten att störningar hinner slå ut beräkningen innan den är klar.

Chalmersforskarna Tangyou Huang och Lei Du löste problemet genom en teknik baserad på periodisk modulering, så kallad Floquet-styrning. Genom att komprimera styrningen till en enda period kan de kvantgrindar som hanterar felkorrigeringen genomföras på en bråkdel av den tidigare tiden. En stor fördel med metoden är att den är anpassad för befintlig supraledande hårdvara, vilket gör att den kan testas experimentellt direkt i befintliga testbäddar, som den kvantdator som utvecklas inom Wallenberg Centre for Quantum Technology på Chalmers.