Ny kvantdator öppnar upp för mer beräkningskraft

Datorer är välkända för att fungera med binär information, eller nollor och ettor, vilket har lett till att datorer driver så mycket av dagens värld. Nuvarande kvantdatorer är också utformade för att bearbeta binär information.

Martin Ringbauer är en experimentell fysiker från Innsbruck, Österrike.

“Byggnadsblocken för kvantdatorer är dock mer än bara nollor och ettor”, säger Ringbauer. “Att begränsa dem till binära system förhindrar att dessa enheter lever upp till sin fulla potential.”

Beräkningar med kvantciffror

En forskargrupp ledd av Thomas Monz vid institutionen för experimentell fysik vid universitetet i Innsbruck har lyckats utveckla en ny typ av kvantdator som kan utföra godtyckliga beräkningar med kvantciffror, eller qudits. Denna nya metod resulterar i mer beräkningskraft med färre kvantpartiklar.

Forskningen publicerades i tidskriften Nature Physics.

Trots att metoden för att lagra information i nollor och ettor inte är särskilt effektiv, är den mycket enklare än andra metoder. Den är också tillförlitlig och robust mot fel, vilket har gjort den till standarden för klassiska datorer under lång tid.

Unikhet i kvantberäkning

Men saker och ting börjar förändras när man pratar om kvantberäkning. Den kvantdator som utvecklats i Innsbruck lagrar information i enskilda fångade kalciumatomer, med var och en av atomerna som naturligt har åtta olika tillstånd. Bara två av dessa tillstånd används för att lagra information. Nästan alla existerande kvantdatorer har tillgång till ett större antal kvanttillstånd än de faktiskt använder för beräkning.

Fysikernas team skapade en kvantdator som kan använda den fulla potentialen hos atomerna genom att använda qudits för beräkning. Till skillnad från den klassiska metoden, påverkar den nya metoden som använder fler tillstånd inte negativt datorns tillförlitlighet.

“Kvantsystem har naturligt mer än bara två tillstånd och vi har visat att vi kan kontrollera dem alla lika bra”, säger Thomas Monz.

Uppgifter som kräver kvantdatorer, som problem inom fysik, materialvetenskap eller kemi, uttrycks naturligt i qudit-språket. Om de skrivs om för qubit, kan de ofta bli för komplicerade för dagens existerande kvantdatorer.

“Att arbeta med mer än nollor och ettor är mycket naturligt, inte bara för kvantdatorn utan också för dess tillämpningar, vilket gör att vi kan låsa upp den fulla potentialen hos kvantsystem”, säger Martin Ringbauer.

Om de skrivs om för qubit, kan de ofta bli för komplicerade för dagens existerande kvantdatorer. “Arbeta med mer än nollor och ettor är mycket naturligt, inte bara för kvantdatorn utan också för dess tillämpningar, vilket gör att vi kan låsa upp den fulla potentialen hos kvantsystem”, säger Martin Ringbauer.