D-Wave heeft aangetoond dat twee dual-railqubits met elkaar kunnen worden verstrengeld, terwijl fotonverlies de belangrijkste foutbron blijft. De onderneming ziet daarin een belangrijke stap naar gate-based quantumcomputers die met minder fysieke qubits foutcorrectie kunnen uitvoeren.
D-Wave bouwde jarenlang quantum annealers, systemen die zijn gericht op optimalisatievraagstukken en niet algemeen programmeerbaar zijn. Het bedrijf werkt inmiddels ook aan gate-based quantumhardware, na de overname van Quantum Circuits, een spin-off van Yale University.
De geteste dual-railqubits bestaan elk uit twee gekoppelde resonatoren. Eén foton kan zich bij een meting in de linker- of rechterresonator bevinden, maar kan ook in een superpositie van beide toestanden verkeren. Daarmee vormt het systeem een qubit.
Fotonverlies goed herkenbaar
Bij deze techniek is het verlies van een foton de meest voorkomende fout. Die fout is rechtstreeks vast te stellen, zonder de extra qubits die bij veel andere foutcorrectiemethoden nodig zijn. Fasefouten komen minder vaak voor en bitflips zijn nog zeldzamer.
De onderzoekers koppelden twee dual-railqubits met een instelbare verbinding. Door die koppeling kort te activeren, konden zij de qubits verstrengelen. De volledige bewerking duurde 500 nanoseconden, waarvan de eigenlijke wachttijd ongeveer 200 nanoseconden bedroeg.
Bij een verstrengelingsoperatie was het fotonverlies ongeveer 0,5 procent. Dit gebeurde vijf keer zo vaak als andere fouten. Bitflips waren vrijwel afwezig, op een niveau van 10−6. De meeste verliezen deden zich voor in de qubit die deels contact maakte met de koppeling.
Verdere ontwikkeling nodig
De proef toont aan dat de foutverdeling ook tijdens een bewerking behouden blijft. Dat is relevant omdat bewerkingen tussen qubits andere fouten kunnen introduceren dan wanneer een qubit alleen informatie bewaart.
Er zijn nog beperkingen. Bij een groter aantal bewerkingen namen de fouten toe: de nauwkeurigheid en zuiverheid van de eindtoestand daalden ongeveer kwadratisch. D-Wave denkt dat schommelingen in kalibratie-instellingen of in de frequentie van de koppeling daarvan de oorzaak kunnen zijn.
Ook moet het systeem fotonverlies nog tijdens een berekening kunnen meten. D-Wave werkt aan die techniek. Het bedrijf wil in 2028 beschikken over 181 dual-railqubits, genoeg om verschillende varianten van foutdetectie met de surface code te testen.
