Kwantumcomputer realiseert tijdsomkeer, daagt thermodynamica uit

Natuurkundigen hebben met succes een kwantumtoestand gecreëerd die in de tegenovergestelde richting van de thermodynamische pijl van de tijd beweegt. Ze hebben deze toestand gedemonstreerd in een 2- en 3-qubit kwantumcomputer. Het kan gebruikt worden om kwantumcomputers nauwkeuriger te maken terwijl fouten en ruis worden verminderd.

Het vierstaps experiment

De onderzoekers analyseerden de toestand van een kwantumcomputer bestaande uit 2- en 3-qubits (kwantumbits).

1. Orde: Initieel is elke qubit in de grondtoestand, vertegenwoordigend nul.
2. Verval: Start een 'evolutieprogramma' om de toestanden van qubits te veranderen in enen en nullen, of beide tegelijkertijd.
3. Tijdsomkeer: Een uniek algoritme ontwikkeld in deze studie verandert de kwantumcomputer zodanig dat het dan in de omgekeerde richting beweegt, van chaos naar orde.
4. Regeneratie: Start het evolutieprogramma opnieuw om de qubit-toestanden terug in het verleden te spoelen.

Met dank aan de onderzoekers

De 2-qubit kwantumcomputer keerde in 85% van de gevallen terug naar de initiële toestand, terwijl de 3-qubit meer fouten vertoonde, wat resulteerde in een 50% succesratio. De fouten ontstonden door defecten in de bestaande kwantumcomputer. Naarmate geavanceerdere kwantumcomputing-technieken ontwikkeld worden, wordt de foutratio verwacht significant te dalen.

Wat is de volgende stap?

Dit tijdsomkeeralgoritme kan gebruikt worden om nauwkeurigere kwantumcomputers te ontwikkelen. In de nabije toekomst kan het aangepast worden om software geschreven voor kwantumcomputers te testen en fouten en ruis te verminderen.

De schema's ontwikkeld in deze studie scrollen één voor één door de toestandscomponenten, maar benutten de kwantumparallelisme niet in zijn volle kracht. De volgende vraag is of het mogelijk is om een kwantumalgoritme te ontwikkelen dat tijdsomkeer efficiënter uitvoert dan met O(N) elementaire gates.