Исследователи из Университета Дьюка в США продемонстрировали, что логический кубит может обладать большей устойчивостью, чем его наиболее уязвимый компонент. Авторам удалось достичь точности вычислений, превышающей 99,4.
Квантовые компьютеры рассматриваются как перспективное решение для криптографии, моделирования, искусственного интеллекта и других задач, где требуются быстрые и эффективные вычисления. В то же время, из-за высокой частоты ошибок в квантовых компонентах их практическое применение затруднено, и для создания полноценного квантового компьютера необходимо предварительно разработать надежную систему квантовой коррекции ошибок.
Для решения этой задачи американские ученые объединили несколько кубитов, являющихся квантовыми битами, в один логический кубит. Это позволяет не только выявлять и корректировать ошибки, но и, что особенно важно, препятствовать их дальнейшему распространению в системе. Без такой меры локальное исправление ошибок будет неэффективным: накопленные ошибки приведут к сбоям в критических элементах и спровоцируют цепь последующих логических отказов.
Для проведения эксперимента ученые применили систему ионной ловушки, содержащую 32 иона иттербия-171. Ионы были охлаждены лазером и удерживались над микрочипом в вакуумной камере, находящейся при комнатной температуре. С помощью лазера контролировалось состояние каждого иона, что позволяло использовать его как отдельный кубит.
Проведенные измерения продемонстрировали повышенную надежность логического кубита, разработанного учеными, по сравнению с наиболее уязвимым этапом его создания. Ученым удалось успешно вернуть логический кубит в исходное состояние и зафиксировать его в 99,4% попыток, несмотря на то, что для этого использовалось шесть квантовых операций, эффективность которых по отдельности составляет 98,9%. Если бы не была применена схема коррекции, эти операции обеспечивали бы корректный результат лишь в 93,6% случаев (что соответствует 98,9% в шестой степени).
Надежные и достаточно крупные для практического применения квантовые компьютеры могут быть созданы на основе логических кубитов, устойчивых к ошибкам.
Статья с описанием результатов исследования опубликована в журнале Nature.