Quantumfoutcorrectie

Quantumfoutcorrectie is een vakgebied binnen quantum computing dat zich toelegt op het beschermen van quantuminformatie tegen fouten die ontstaan door decoherentie, ruis en imperfecties in quantum-operaties. Het centrale idee is dat een logische qubit wordt gecodeerd in meerdere fysieke qubits, zodat fouten kunnen worden gedetecteerd en hersteld zonder de opgeslagen kwantuminformatie rechtstreeks te meten.

Foutdetectie gebeurt via syndroommetingen: ancilla-qubits en meetbare stabilizeroperatoren geven informatie over de afwijkingen (bijvoorbeeld bit-fouten, fase-fouten of hun combinatie) zonder de inhoud van de logische qubit te lokaliseren. Op basis van de gemeten syndromen wordt een corrigerende operatie toegepast. Een codering vereist redundantie en nauwkeurige opvolging van fouten in real time.

Veel gebruikte codes zijn onder meer de Shor-code, de Steane-code en de surface code. De surface code is populair vanwege een relatief hoge foutdrempel en een implementatie op 2D-samenhangende netwerken. In het stabilizerformalismen kunnen foutrijke gebeurtenissen worden beschreven als stabilizers die geverstoorde meetresultaten opleveren, waarna corrigerende operaties de fout verwijderen.

Een belangrijke theoretische bevinding is de foutdrempelstelling: als de foutkans van de fysieke qubits onder een kritieke drempel ligt, kan foutenvrije quantumberekeningen voor lange tijd uitgevoerd worden met voldoende overhead. In experimenten zijn kleine codes aangetoond in onder meer getrappte ionen en in supergeleidende qubits, maar schaalbaarheid en leakagecontrole blijven uitdagingen.

Zie ook: foutcorrectie, stabilizerformalism, surface code.