Forscher der Yale University haben einen der wichtigsten Schritte beim Entwurf modularer Quantencomputer aufgezeigt: die absichtliche "Teleportation" eines Quantentors zwischen zwei Qubits.
Die Forschung wird in der Zeitschrift Nature veröffentlicht. Das Hauptprinzip dieser Arbeit ist die Quantenteleportation, eine einzigartige Eigenschaft der Quantenmechanik, die zuvor verwendet wurde, um unbekannte Quantenzustände zwischen zwei Parteien zu übertragen, ohne den Zustand selbst physisch zu senden. Mit einem theoretischen Protokoll, das in den 1990er Jahren entwickelt wurde, demonstrierten Yale-Wissenschaftler experimentell eine Quantenoperation - ein Gate - ohne direkte Wechselwirkungen. Solche Gatter sind für das Quantencomputing erforderlich, das auf Netzwerken einzelner Quantensysteme beruht - eine Architektur, von der viele Forscher glauben, dass sie die Fehler komponieren kann, die Quantencomputerprozessoren inhärent sind.
Ein Team unter der Leitung des leitenden Forschers Robert Schoelkopf und des ehemaligen Doktoranden Kevin Chow untersucht einen modularen Ansatz für das Quantencomputing. Die Modularität, die von der Organisation der biologischen Zelle bis zu den Triebwerken der neuesten SpaceX-Raketen inhärent ist, hat sich als wirksame Strategie beim Aufbau großer, komplexer Systeme erwiesen. Eine quantenmodulare Architektur besteht aus einer Reihe von Modulen, die als kleine Quantenprozessoren fungieren, die mit einem größeren Netzwerk verbunden sind.
Die Module in dieser Architektur sind natürlich voneinander isoliert, wodurch unerwünschte Interaktionen zwischen größeren Systemen verhindert werden. Diese Isolation erschwert jedoch auch Transaktionen zwischen Modulen. Teleportierte Gates sind eine Möglichkeit, Operationen zwischen Modulen durchzuführen.
Ein Überblick über das modulare Quantenarchitektur-Netzwerk in einer neuen Studie.
„Unsere Arbeit war das erste Mal, dass dieses Protokoll demonstriert wurde, bei dem die klassische Kommunikation in Echtzeit stattfindet, was eine 'deterministische' Operation ermöglicht, die jedes Mal den erforderlichen Prozess ausführt“, sagt Chow.
Voll funktionsfähige Quantencomputer haben das Potenzial, Rechengeschwindigkeiten zu erreichen, die um Größenordnungen höher sind als die der heutigen Supercomputer. Die Wissenschaftler von Yale stehen an der Spitze der Forschung zur Entwicklung der ersten voll funktionsfähigen Quantencomputer und haben bereits bahnbrechende Arbeiten im Bereich Quantencomputer mit supraleitenden Schaltkreisen durchgeführt.
Quantencomputer werden mit sensiblen Datenbits durchgeführt, die als Qubits bezeichnet werden und fehleranfällig sind. In experimentellen Quantensystemen werden "logische" Qubits durch "Hilfs" Qubits zur Registrierung und sofortigen Fehlerkorrektur gesteuert.
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„Unser Experiment ist die erste Demonstration einer Zwei-Qubit-Operation zwischen logischen Qubits“, sagt Schoelkopf. "Dies ist ein Meilenstein auf dem Weg zur Verarbeitung von Quanteninformationen mit fehlerkorrigierenden Qubits."
Vladimir Guillen
