Tutkimus: liikuteltavat kubitit voivat yhdistää kahden kvanttiteknologian vahvuuksia

Uusi tutkimus viittaa siihen, että kvanttipisteisiin perustuvia kubitteja voidaan siirtää paikasta toiseen ilman, että niiden kantama kvantti-informaatio katoaa. Tulos on merkittävä, koska se voisi yhdistää valmistettaviin elektronisiin laitteisiin perustuvien kubittien skaalautuvuuden ja atomien tai ionien kaltaisten järjestelmien joustavan kytkettävyyden.

Kvanttitietokone tarvitsee paljon laadukkaita kubitteja

Toimiva kvanttitietokone edellyttää suurta määrää riittävän laadukkaita kubitteja. Niitä tarvitaan erityisesti siksi, että yksittäiset fyysiset kubitit ovat alttiita virheille. Käytännössä tavoitteena on koota monista fyysisistä kubiteista virheenkorjattuja loogisia kubitteja, jotka pystyvät säilyttämään laskennan kannalta olennaisen informaation luotettavammin.

Kvanttilaitteiden kehittäjät ovat lähestyneet ongelmaa eri suunnista. Yksi linja perustuu elektronisiin rakenteisiin, joita voidaan valmistaa siruteknologian tavoin suuria määriä. Toinen linja käyttää esimerkiksi atomeja, ioneja tai fotoneja kubitteina. Näiden etuna voi olla tasaisempi käyttäytyminen, mutta niiden hallinta vaatii usein monimutkaista laitteistoa.

Liikkuminen voisi helpottaa virheenkorjausta

Atomeihin ja ioneihin perustuvissa järjestelmissä yksi keskeinen etu on se, että kubitteja voidaan liikuttaa. Tämä helpottaa kubittien lomittamista keskenään, vaikka ne eivät alun perin sijaitsisi vierekkäin. Tällainen joustavuus voi olla tärkeää virheenkorjauksessa, jossa eri menetelmät voivat edellyttää erilaisia yhteyksiä kubittien välillä.

Elektronisiin laitteisiin perustuvissa ratkaisuissa yhteydet määräytyvät yleensä sen mukaan, miten piiri on valmistettu. Kun johdotus on kerran tehty, kubittien välinen rakenne on pitkälti lukittu. Tämä voi rajoittaa sitä, millaisia virheenkorjausmalleja samalla laitteella voidaan toteuttaa.

Kvanttipisteissä kubitti syntyy elektronin spinnistä

Tutkimuksessa tarkasteltu ratkaisu perustuu kvanttipisteisiin. Niihin voidaan sijoittaa yksittäinen ylimääräinen elektroni, jonka spiniä käytetään kubittina. Spin voi olla kahdessa perustilassa tai niiden superpositiossa, mikä tekee siitä kvanttilaskennan kannalta käyttökelpoisen.

Elektroneihin perustuvat kubitit ovat herkkiä ympäristön häiriöille, mutta kvanttipisteet voivat eristää niitä riittävästi, jotta suorituskyky pysyy käyttökelpoisena. Uuden työn keskeinen havainto on, että spinkubitti voidaan siirtää kvanttipisteestä toiseen ilman kvanttitilan menettämistä. Jos menetelmä osoittautuu laajennettavaksi, se voisi avata tien valmistettaville kvanttipiireille, joissa kubitteja voidaan myös järjestellä joustavasti laskennan ja virheenkorjauksen tarpeisiin.