Способность классического компьютера воспроизвести конкретное квантовое состояние описывается свойством, названным «магией». Исследователи из США изучили наличие резкого перехода между состоянием «можно обойтись обычным компьютером» и «потребуется квантовый».
Стабилизационные состояния — тип квантовых состояний, который можно эффективно смоделировать на классических компьютерах. «Магия» в квантовой механике — свойство квантовых состояний, показывающее, насколько они отличаются от стабилизаторных состояний.
Магия затрудняет моделирование квантовых состояний, но одновременно необходима для создания универсальных и устойчивых к ошибкам квантовых вычислений. Глубокое понимание механизмов, ответственных за эти свойства, существенно… улучшит характеристики квантовых компьютеров.
Авторы нового исследования ранее опубликовали статью, где показали наличие фазового перехода в запутанности системы. Выяснилось, что в зависимости от частоты измерений фазовое состояние квантовой системы может сохранять или разрушать запутанность.
Суперпозиции и запутанности оказываются недостаточными для повышения мощности квантовых компьютеров по сравнению с классическими. Для достижения преимущества необходим ещё один компонент — магия, или отклонение от стабилизаторного состояния. Если в квантовой системе нет магии, её можно смоделировать на классическом компьютере, но это делает квантовый компьютер избыточным. Лишь при наличии значительного количества магии возможно превзойти возможности классического компьютера. Pradeep NiroulaАвтором первой новой научной работы является он.
Квантовый вентиль, похожий на логический вентиль в обычных компьютерах, действует на кубиты и пытается создать связь между ними. Измерение одного кубита разрушает эту связь. добавитьВ квантовой схеме с несколькими вентилями возможно проведение измерений в произвольных точках и управление распределением запутанности в системе.
Ученые установили, что малая частота измерений приводит к полному запутыванию квантовой системы. С увеличением количества измерений запутанность подавляется. Градуальное повышение частоты измерений вызывает резкий фазовый переход запутанности от высокого уровня до почти нулевого.
В данном исследовании ученые изучали наличие фазового перехода в магии. им удалось доказать, что код, защищающий квантовую информацию от ошибок, с магической точки зрения демонстрирует явный фазовый переход из состояния «есть магия» в состояние «нет магии» без промежуточных стадий. опубликовано в журнале Nature Physics.
Измерения разрушают магию, но для её управляемого введения в систему нужно осуществлять незначительные модификации состояний кубитов. Изменение квантового состояния кубита именуют поворотом, так как оно теоретически… описывается в трехмерной системе координат.
В эксперименте физики применили схему управления магией, основанную на случайном стабилизационном коде с когерентными ошибками. Этой ошибка предсказуемы, стабильны и возникают вследствие эволюции квантовых состояний.
В ходе эксперимента измерение порой устраняло магию, возвращая системы к устойчивым состояниям, а иногда оставляло ее неизменной.
Противоположными силами в квантовых компьютерах оказались «количество измерений» и «угол вращения кубитов».
Исследователи выяснили, что при неизменной скорости измерений можно корректировать угол вращения, переходя от состояния высокой магической концентрации к состоянию без неё. показалиУченые выяснили, что фазовый переход магии совершается на самом деле, и провели эксперимент с применением настоящих квантовых схем для проверки этой идеи. Результаты эксперимента подтвердили выводы симуляций.
Мы зафиксировали признак фазового перехода, даже с шумом в системе. Наша работа открывает фазовый переход в сфере магии. Ранее были обнаружены другие переходы в запутанности и зарядах, что задаёт вопрос: могут ли и другие ресурсы показывать подобные переходы? Принадлежат ли они к одному универсальному типу переходов? Можно ли применить это знание для создания устойчивых к помехам квантовых компьютеров? — отметил Неурула.
Наблюдаемый переход может свидетельствовать о фундаментальной теории, действующей для различных квантовых характеристик.