Delftin yliopistossa toimivan QuTechin tutkijat ovat tehneet läpimurron kvanttitietokoneiden tarkkuudessa. Timanttipohjaisella kvanttipiirillä toteutettu porttisarja saavutti virhetason, joka alittaa 0,1 prosentin rajan – ja parhaimmillaan jopa 0,001 prosentin.

QuTechin, Fujitsun ja Element Sixin yhteistyössä toteuttamassa tutkimuksessa onnistuttiin toteuttamaan täydellinen sarja kvanttiportteja timanttikubiteilla niin, että kaikkien porttien virheprosentti jäi alle 0,1:n. Tämä tarkoittaa, että kvanttipiiri saavuttaa ensimmäistä kertaa timanttipohjaisessa teknologiassa tason, joka täyttää kvanttivirheenkorjauksen vaatimukset. Kun virheet ovat näin harvinaisia, kvanttitietokone pystyy korjaamaan satunnaisia virheitä ja tuottamaan luotettavia laskentatuloksia epätäydelliselläkin laitteistolla.

Käytetty teknologia perustuu kvanttikubitteihin, jotka muodostuvat timanttikiteen atomivirheistä: esimerkiksi typpiatomista ja tyhjästä hilapaikasta. Timanttikubitit toimivat matalissa lämpötiloissa (noin 10 Kelviniä), mutta ovat muihin kvanttiteknologioihin verrattuna huomattavasti vähemmän alttiita ympäristön kohinalle. Lisäksi ne voivat olla luonnollisesti yhteydessä fotoneihin, mikä tekee niistä lupaavia ehdokkaita myös hajautettuihin kvanttilaskentaverkkoihin.

Tutkijat käyttivät kahden kubitin järjestelmää. Toinen kubitti muodostui elektronispinistä, toinen ydinspinistä. Virhelähteitä eliminoitiin muun muassa käyttämällä erittäin puhdasta timanttia, jossa oli vähemmän kohinaa aiheuttavia hiili-13-isotooppeja. Lisäksi portit suunniteltiin siten, että ne eristäytyivät tehokkaasti ympäristön häiriöistä.

Tutkijat testasivat porttien toiminnan käytännössä suorittamalla algoritmin, jossa oli 800 peräkkäistä porttioperaatiota, ja saivat tarkasti ennustettavan lopputuloksen. Vaikka saavutettu tarkkuus on ennätyksellinen, järjestelmä koostui toistaiseksi vain kahdesta kubitista. Seuraavat haasteet ovat porttien tarkkuuden säilyttäminen suuremmissa järjestelmissä, integroitujen optisten ja elektronisten piirien kehitys sekä laajamittaisen kvanttilaskennan vaatiman arkkitehtuurin rakentaminen.

Tutkimus on julkaistu Physical Review Applied -lehdessä.