Ett av de största hindren för utvecklingen av kvantdatorer är de enorma resurser som krävs för felkorrigering. Google har nu demonstrerat en metod på sin kvantprocessor Willow som minskar felen i vissa kvanttillstånd med en faktor 40. Resultatet kan bidra till att göra praktiskt användbara kvantdatorer möjliga med betydligt färre kvantbitar än vad som tidigare förutsetts.
De fysiska kvantbitarna i en kvantdator är mycket känsliga för störningar. Därför krävs avancerade metoder för att upptäcka och korrigera beräkningsfel. I värsta fall kan merparten av kvantdatorns kapacitet gå åt till felkorrigering i stället för till själva beräkningarna.
Särskilt krävande är de så kallade T-operationerna, som behövs för universell kvantberäkning. De förutsätter speciella kvanttillstånd som måste prepareras med mycket hög noggrannhet. Enligt Google har tidigare uppskattningar visat att upp till 95 procent av en kvantdators kapacitet skulle kunna behövas enbart för att framställa dessa tillstånd.
Googles metod heter "magic state cultivation". Den syftar till att minska denna belastning. Utgångspunkten är ett kvanttillstånd med relativt hög felnivå som stegvis förbättras genom mätningar som avslöjar fel. Misslyckade försök sorteras bort, vilket ger betydligt högre kvalitet hos de tillstånd som godkänns.
I experiment med Willow-processorn minskade metoden felen med ungefär en faktor 40 jämfört med obehandlade tillstånd. Fideliteten hos de logiska T-tillstånden nådde 99,99 procent. Forskarna visade också att de preparerade tillstånden kan överföras mellan två olika koder för kvantfelskorrigering. Resultaten publicerades i tidskriften Science den 15 oktober.
Google har dock ännu inte visat hur mycket metoden faktiskt kan minska behovet av fysiska kvantbitar i en praktisk kvantdator. Tekniken måste först skalas upp. Det handlar inte heller om att eliminera felkorrigeringen, utan om att effektivisera ett av dess mest resurskrävande moment.
Även i Finland arbetar man med att minska resursbehovet för kvantfelskorrigering. Esbobaserade IQM utvecklar fysiska kvantbitar med högre kvalitet och effektivare felkorrigeringskoder som kan minska mängden hårdvara som behövs för att realisera logiska kvantbitar.
Googles metod kompletterar denna utveckling. När felen i de fysiska kvantbitarna väl kan hanteras måste också själva beräkningsoperationerna kunna genomföras tillräckligt effektivt. Målet är detsamma: att så stor del som möjligt av kvantdatorns kapacitet ska kunna användas till nyttiga beräkningar.