Forskere udvikler verdens første distribueret kvante-computer-prototype

Den første prototype for en distribueret kvante-computer blev udviklet af forskere. Severin Daiss, Stefan Langenfeld, og andre forskere fra Max Planck Institute of Quantum Optics i Garching realiserede den første kvantelogisk computeroperation mellem to separate kvantemoduler.

Holdet forbinder to qubits, der er hukommelse- og procesenheder for kvante-computere, i to forskellige laboratorier til en distribueret kvante-computer. Dette blev gjort ved at forbinde qubits med en lang optisk fiber på 60 meter.

Niveauet af komplekse beregninger, som en kvante-computer kan udføre, øges med flere forbundne qubits. Grundlæggende computeroperationer er baseret på disse kvantelogiske porte mellem to qubits, men hvis en kvante-computer skal være overlegen en traditionel computer, skal den forbinde dusinvis til tusindvis af qubits for samme mængde kvanteoperationer.

I dag kæmper førende laboratorier stadig med denne barriere, og en kvante-computer af denne størrelse er endnu ikke bygget. Da antallet af qubits ved siden af hinanden øges, øges også vanskeligheden ved at isolere og kontrollere dem på samme tid.

Oprettelse af fælles procesenhed

Holdet præsenterede deres nye studie i tidsskriftet Science, og det blev støttet af Institute of Photonic Sciences. I studiet blev to qubit-moduler succesfuldt forbundet over 60 meter, hvilket resulterede i oprettelsen af en grundlæggende kvante-computer med to qubits.

“Over denne afstand udfører vi en kvantecomputeroperation mellem to uafhængige qubit-opstillinger i forskellige laboratorier,” sagde Daiss.

Med denne nye tilgang er det muligt at slå flere små kvante-computere sammen til en fælles procesenhed.

Selv om forbindelsen af fjerntliggende qubits til entanglementer tidligere blev opnået, er dette den første gang, forbindelsen kan føre til kvanteberegninger. Det nye system arbejder med to moduler, hver med en enkelt atom som qubit, placeret mellem to spejle. Modulerne sender en enkelt foton, der transporteres i den optiske fiber, og det er entangled med kvantetilstandene af qubits.

Næste skridt for holdet er at forbinde mere end to moduler samt at huse endnu flere qubits i modulerne.

Ifølge Gerhard Rempre, holdlederen og direktøren for instituttet, vil den nye studie yderligere fremme kvanteteknologi.

“Vores skema åbner op for en ny udviklingsvej for distribueret kvantecomputering,” sagde Rempre.

Ved at overvinde nogle af begrænsningerne omkring eksisterende kvante-computere og integrationen af qubits i en enkelt opsætning, kan den nye tilgang føre til langt mere kraftfulde systemer i fremtiden.