Kvantefeilkorreksjon

Kvantefeilkorreksjon er feltet som studerer hvordan kvanteinformasjon kan beskyttes mot feil som oppstår i kvanteprosessorer og kommunikasjon. På grunn av ikke-kloningsprinsippet og at måling av en kvantetilstand kan ødelegge den logiske informasjonen, kreves spesielle teknikker for å opprettholde integriteten til kvantetilstander ved å kode logiske qubits i et større antall fysiske qubits og samtidig kunne oppdage og rette feil.

Grunnidéen er å legge til redundans gjennom kvante-koding slik at enkelte feil kan påvirke tilstanden uten å ødelegge den logiske informasjonen. Feil antas ofte å være Pauli-feil (X, Z, eller Y-operasjoner), og gjennom måling av stabilisatorer fremstilles et syndrom som avslører hvilken feil som har oppstått. Syndrominformasjonen brukes deretter til å velge en passende korreksjonsoperasjon som returnerer systemet til kodeområdet uten å måle ut den logiske tilstanden.

Det finnes ulike typer kvantekoder. Stabiliseringskoder, inkludert CSS-koder, bygger på egenskaper fra klassiske koder. Eksempler på kjente konkrete koder er Shor sin 9-qubit-kode og Steane sin 7-qubit-kode. Mer moderne tilnærminger bruker topologiske koder som surface-koder og fargekoder, som har fordel av lokale målinger i en todimensjonal vikling av qubits, noe som er gunstig for realisering i fysiske systemer.

Følsomhet for feil og feiltoleranse er sentrale temaer. Feiltolerante operasjoner og feilterapiering av errorsmithing, samt begreper som feilterasjon og toleransegrenser (feilterskel), er viktige for praktisk anvendelse. For universell kvanteberegning kreves ofte tilleggsteknikker som magisk tilstandsdistillasjon for å implementere et komplett sett av logiske operasjoner.

Kvantefeilkorreksjon er avgjørende for pålitelig kvantedatabehandling og kvantesimulering, samt for langsiktig kvantekommunikasjon og lagring av kvanteinformasjon. Forskningen fortsetter å forbedre kodeprinsipper, feilgrenser og industrielle implementeringer.