ENGINEERINGNET.BE - De fysieke toestand van een quantumcomputer wordt beschreven door zijn zogeheten golffunctie.
Deze functie heeft verschillende vertakkingen met elk een eigen fase. Aan het einde van een berekening combineert de quantumcomputer de resultaten van alle berekeningen die gelijktijdig zijn uitgevoerd op verschillende takken van de golffunctie tot één antwoord.
"De fasen van de verschillende takken spelen een sleutelrol bij het bepalen van de uitkomst van dit recombinatieproces", aldus Ludovico Lami van de Universiteit van Amsterdam.
Een belangrijk obstakel voor het rekenen met quantumcomputers is omgevingsruis. Dergelijke ruis kan de fasen van verschillende takken van de golffunctie op een onvoorspelbare manier veranderen. Dit proces heet defasering en kan een quantumberekening doen mislukken.
Defasering kan optreden in alledaagse situaties zoals in glasvezelkabels, die worden gebruikt om informatie over te dragen in de vorm van licht. Lichtstralen die door een glasvezel reizen kunnen verschillende paden volgen: aangezien elk pad is gekoppeld aan een specifieke fase, komt het niet kennen van het gevolgde pad neer op een effectieve defaseringsruis.
Samen met Mark M. Wilde van Cornell University in de VS analyseerde Lami een model, het zogeheten bosonische defaseringskanaal, om te bestuderen hoe ruis de overdracht van quantuminformatie beïnvloedt. Het model beschrijft de defasering die werkt op licht met een gegeven golflengte en polarisatie.
Het getal dat het effect van ruis op quantuminformatie kwantificeert heet de quantumcapaciteit. Deze waarde komt overeen met het aantal qubits dat veilig kan worden verzonden per gebruik van een glasvezelkabel. De nieuwe studie biedt een volledige analytische oplossing voor het probleem van het berekenen van de quantumcapaciteit van het bosonische defaseringskanaal, voor alle mogelijke vormen van defaseringsruis.
Om de effecten van ruis te ondervangen, kan redundantie in het bericht worden opgenomen om ervoor te zorgen dat quantuminformatie nog steeds kan worden achterhaald aan de ontvangende kant. Dit is vergelijkbaar met het zeggen van 'Alpha, Beta, Charlie' in plaats van 'A, B, C' tijdens het telefoneren.
Het nieuwe onderzoek kwantificeert hoeveel redundantie er aan een quantumbericht moet worden toegevoegd om het te beschermen tegen defaseringsruis. Dit stelt onderzoekers in staat de effecten van ruis op quantumberekeningen te kwantificeren en methoden te ontwikkelen om deze effecten te ondervangen.
