Forskare vid Atom Computing har utvecklat en metod för att återanvända felspårande qubits i kvantdatorer gjorda av kalla atomer, och återvinner dem upp till 41 gånger utan fel. Detta tillvägagångssätt syftar till att göra kvantberäkningar mer pålitliga och effektiva genom att minska behovet av stora antal qubits. Tekniken hanterar en nyckeltillämpning i skalning av kvantteknik.
Kvantdatorer som använder qubits från extremt kalla atomer expanderar snabbt, men felräntor hindrar för närvarande deras praktiska användning. För att övervinna detta har forskare ledda av Matt Norcia vid Atom Computing, ett amerikanskt företag, skapat ett system som återanvänder eller ersätter ancilla-qubits, som övervakar fel under beräkningar.
I deras uppställning är qubits ytterbiumatomer kylda nära absolut noll med laser och elektromagnetiska pulser. Dessa manipuleras med 'optiska tänger' i tre zoner: en med 128 tänger för databaseräkning, en annan med 80 för felmätning och byte av defekta qubits, och en lagringszon för 75 fräscha qubits. Detta tillät teamet att återvinna ancilla-qubits 41 gånger i rad.
“En användbar beräkning är troligen en mycket lång beräkning, så du skulle behöva göra många ronder av mätningar. Idealiskt sett vill du kunna återanvända qubits genom flera ronder så att du inte behöver fortsätta tillföra fler qubits till systemet,” förklarade Norcia.
Utmaningarna inkluderade att förhindra att ströljus från laser stör qubits, vilket kräver exakt laserstyrning och justering av dataqubits för att undvika interferens. Yuval Boger vid QuEra betonade vikten: “Återanvändning av ancilla är grundläggande viktigt för framsteg inom kvantberäkning.” Utan det skulle även blygsamma beräkningar kräva miljoner eller miljarder qubits, vilket dagens hårdvara inte kan stödja.
Liknande tekniker förekommer på andra ställen: ett team från Harvard och MIT upprätthöll en kvantdator med 3000 rubidiumatomer i timmar, och Quantiniums jonbaserade Helios-maskin återanvänder också qubits. Norcia noterade att den neutrala atomen-communitén erkänner behovet av att återställa och ladda om atomer under beräkningar.
Arbetet beskrivs i detalj i Physical Review X (DOI: 10.1103/v7ny-fg31).