Hibamentes számolást tanul a kvantum­számítógép

Csak akkor hasznosak gyakorlati alkalmazásokban a kvantumszámítógépek, ha képesek a hibákat felismerni és azokat korrigálni.

Thomas Monznak, az Innsbrucki Egyetem kutatójának és csapatának; Markus Müllernek, az aacheni Rajna-Vesztfáliai Műszaki Egyetem (RWTH) munkatársának és a Jülichi Kutatóközpont szakembereinek először sikerült úgy beprogramozniuk egy algoritmust, hogy az esetleges hibák ne befolyásolják az elvégzett számítások eredményeit. A tudósok a kvantuminformációkat két logikai qubitben tárolták el. amelyek mindegyike 7-7 atomra volt elosztva. A logikai qubitek előnye, hogy az azokban tárolt kvantuminformációk védettek a hibákkal szemben.

A modern számítógépekben az információfeldolgozás és -tárolás során előforduló hibák ritkasággá váltak a jó minőségű gyártás miatt. A kritikus alkalmazásoknál azonban, ahol az egyszeri hibák is súlyos következményekkel járhatnak, továbbra is alkalmaznak a feldolgozott adatok redundanciáján alapuló hibajavító mechanizmusokat. A kvantumszámítógépek természetüknél fogva sokkal érzékenyebbek a zavarokra, ezért valószínűleg mindig hibajavító mechanizmusokra lesz szükségük, mert különben a hibák ellenőrizetlenül terjednek a rendszerben, és az információ elveszik. Mivel a kvantummechanika alaptörvényei tiltják a kvantuminformációk másolását, a redundancia a logikai kvantuminformációk több fizikai rendszer, például több egyedi atom összefonódott állapotába való szétosztásával érhető el.

Thomas Monz hangsúlyozta, hogy a számítási műveletek hibatűrő végrehajtásához sokkal több fizikai műveletre van szükség. Az utóbbiak ugyan további hibákhoz vezetnek, ennek ellenére a logikai kvantumműveletek minősége jobb, mint a nem hibatűrő végrehajtás esetén. A kutatók a kísérleti eredményeiket később a hagyományos számítógépeken elvégzett numerikus szimulációk segítségével is ellenőrizték és megerősítették. A következő cél az, hogy a módszert a nagyobb és ezáltal a gyakorlati szempontból érdekesebb kvantumszámítógépeken is alkalmazzák. A kapcsolódó kutatásokat támogatja az Európai Unió, az Osztrák Kutatástámogató Társaság (FFG), az Osztrák Tudományos Alap (FWF) és a Tiroli Ipari Egyesülés is.