I kvantekompensationens verden er Hilbert -rumdimensionen – målet for antallet af kvantestater, som en kvantecomputer kan få adgang til – en værdsat besiddelse. At have et større Hilbert -rum giver mulighed for mere komplekse kvanteoperationer og spiller en afgørende rolle i aktivering af kvantefejlkorrektion (QEC), der er essentiel for at beskytte kvanteinformation mod støj og fejl.
En nylig undersøgelse fra forskere fra Yale University offentliggjort i Natur Oprettet uffits – et kvantesystem, der indeholder kvanteinformation og kan eksistere i mere end to stater. Ved hjælp af et Qutrit (3-niveau kvantesystem) og et kvart (4-niveau kvantesystem) demonstrerede forskerne den første eksperimentelle kvantefejlkorrektion nogensinde for højere dimensionelle kvanteenheder ved hjælp af Gottesman-Kitaev-Preskill (GKP) bosonisk kode.
De fleste kvantecomputere på markedet behandler normalt information ved hjælp af kvantetilstande kaldet QUBITS-fundative enheder, der ligner en smule på en almindelig computer, der kan eksistere i to veldefinerede tilstande, op (1) og ned (0) og også både 0 og 1 på samme tid på grund af kvantesuperposition. Hilbert-rummet i en enkelt qubit er et to-dimensionelt kompleks vektorrum.
Da større er bedre, for Hilbert Space, vinder brugen af uffits i stedet for qubits en masse videnskabelig interesse.
Skops kunne gøre krævende opgaver såsom at bygge kvanteporte, køre algoritmer, skabe specielle “magiske” tilstande og simulere komplekse kvantesystemer lettere end nogensinde. For at udnytte disse kræfter har forskere brugt år på at bygge Qudit-baserede kvantecomputere ved hjælp af fotoner, ultracold atomer og molekyler og superledende kredsløb.
Pålideligheden af kvanteberegning er stærkt afhængig af QEC, der beskytter skrøbelige kvanteinformation mod støj og ufuldkommenheder. Alligevel er de fleste eksperimentelle bestræbelser i QEC udelukkende fokuseret på qubits, og derfor tog Qudits en bagsæde.
Forskerne på denne undersøgelse præsenterede den første nogensinde eksperimentelle demonstration af fejlkorrektion for en Qutrit og en Ququart ved hjælp af Gottesman – Kitaev – PresKill (GKP) bosonisk kode. For at optimere systemerne som ternære og kvartære kvantehukommelser valgte forskerne en forstærkende læringsalgoritme, en type maskinlæring, der bruger en prøve- og fejlmetode til at finde den bedste måde at korrigere fejl eller betjene kvanteporte.
Eksperimentet skubbede forbi break-even-punktet for fejlkorrektion og viser en mere praktisk og hardwareeffektiv metode til QEC ved at udnytte kraften i et større Hilbert-rum.
Forskerne bemærker, at de øgede fotonab og affasningshastigheder for GKP -qdit -tilstande kan føre til en beskeden reduktion i levetiden for det kvanteinformation, der er kodet i logiske uffits, men til gengæld giver det adgang til mere logiske kvantetilstand i et enkelt fysisk system.
Resultaterne demonstrerer løftet om at realisere robuste og skalerbare kvantecomputere og kan føre til gennembrud i kryptografi, materialevidenskab og opdagelse af medikamenter.