Forskare utvecklar världens första distribuerade kvantdatorprototyp

Den första prototypen någonsin för en distribuerad kvantdator utvecklades av forskare. Severin Daiss, Stefan Langenfeld och andra forskare från Max Planck Institute of Quantum Optics i Garching insåg den första kvantlogiska datoroperationen mellan två separata kvantmoduler.

Teamet kopplade samman två qubits, minnet och bearbetningsenheterna i kvantdatorer, i två olika laboratorier till en distribuerad kvantdator. Detta gjordes genom att länka qubits med en lång optisk fiber uppmätt på 60 meter.

Nivån på komplexa beräkningar en kvantdator kan göra ökar med fler sammankopplade qubits. Grundläggande beräkningsoperationer är baserade på dessa kvantlogiska grindar mellan två qubits, men om en kvantdator ska vara överlägsen en traditionell dator måste den sammankoppla dussintals till tusentals qubits för samma mängd kvantoperationer. 

Dagens ledande laboratorier kämpar fortfarande med denna barriär, och en kvantdator av denna storlek har ännu inte byggts. När antalet qubits bredvid varandra ökar, ökar också svårigheten att isolera och kontrollera dem samtidigt. 

Skapar gemensam bearbetningsenhet

Teamet presenterade sin nya studie i tidskriften Vetenskap, och det stöddes av Institute of Photonic Sciences. I studien kopplades två qubit-moduler framgångsrikt samman över 60 meter, vilket resulterade i bildandet av en grundläggande kvantdator med två qubits.

"Över detta avstånd utför vi en kvantberäkningsoperation mellan två oberoende qubit-uppsättningar i olika laboratorier," sa Daiss. 

Med detta nya tillvägagångssätt är det möjligt för flera små kvantdatorer att slås samman till en gemensam bearbetningsenhet. 

Även om anslutningen av avlägsna kvantbitar för förvecklingar tidigare uppnåddes, är detta första gången som anslutningen kan leda till kvantberäkningar. Det nya systemet fungerar med två moduler, var och en med en enda atom som en qubit, placerade mellan två speglar. Modulerna skickar en enda foton som transporteras i den optiska fibern, och den är intrasslad med kvanttillstånden för qubitarna. 

Nästa steg för teamet är att ansluta fler än två moduler, samt att vara värd för ännu fler qubits i modulerna. 

Enligt Gerhard Rempre, teamledare och chef för institutet, kommer den nya studien att ytterligare främja kvantteknologin. 

"Vårt schema öppnar upp en ny utvecklingsväg för distribuerad kvantberäkning," sa Rempre. 

Genom att övervinna några av begränsningarna kring befintliga kvantdatorer och integreringen av qubits i en enda installation, kan det nya tillvägagångssättet leda till mycket kraftfullare system i framtiden.