Фізики знайшли спосіб виправити автономні квантові помилки

Квантові обчислення - шлях до нових обчислювальних можливостей того Він також може сприяти відкриттю матеріалів, штучному інтелекту, біохімічній інженерії та багатьом іншим дисциплінам, необхідним для майбутніх військових; однак, оскільки кубіти, фундаментальні будівельні блоки квантових комп'ютерів, за своєю суттю крихкі, давньою перешкодою для квантових обчислень була ефективна реалізація квантової корекції помилок. Крім того, військові планують «боротися і перемагати» в так званих багатодоменних операціях якраз використовуючи квантові обчислення, повідомляє Науково-дослідна лабораторія армії США.

Дослідники з Массачусетського університету в Амхерсті визначили спосіб захисту квантової інформації від загального джерела помилок у надпровідних системах, однієї з провідних платформ для реалізації великомасштабних квантових комп'ютерів. У дослідженні, опублікованому в журналі Nature, вчені реалізували новий спосіб спонтанного виправлення квантових помилок.

Сьогоднішні комп'ютери побудовані з транзисторами, що представляють класичні біти, або 1, або 0. У свою чергу, квантові обчислення - це нова парадигма обчислень з використанням квантових бітів або кубітів, де квантова суперпозиція і заплутаність можуть використовуватися для експоненціального збільшення обчислювальної потужності.

Існуючі демонстрації квантової корекції помилок активні. Це означає, що вони вимагають періодичної перевірки на наявність помилок і їх негайного виправлення. У свою чергу, це вимагає апаратних ресурсів і, таким чином, перешкоджає масштабуванню квантових комп'ютерів.

Навпаки, в експерименті дослідників досягається пасивна квантова корекція помилок шляхом коригування тертя, або дисипації, яку зазнає кубіт. Оскільки тертя зазвичай вважається важливою перешкодою квантової когерентності, цей результат може здатися несподіваним. Хитрість у тому, що дисипація повинна бути спроектована спеціально квантовим чином.

Ця загальна стратегія була відома в теорії близько двох десятиліть, але практичний спосіб отримати таку дисипацію і використовувати її для квантової корекції помилок було складним завданням.

«Демонстрація таких нетрадиційних підходів, ми сподіваємося, підштовхне до появи більш розумних ідей для подолання деяких з найскладніших проблем квантової науки», - пояснює Грейс Меткалф, жінка-програмний керівник відділу квантової інформатики в AFOSR.

Дослідники заявили, що мається на увазі, що може бути більше способів захистити кубіти від помилок і зробити це з меншими витратами.

"Хоча наш експеримент все ще є досить елементарною демонстрацією, ми нарешті реалізували цю суперечливу теоретичну можливість дисіпативних QEC, - сказав доктор Чен Ван, фізик з Массачусетського університету в Амхерсті. - Цей експеримент піднімає перспективу створення корисного відмовостійкого квантового комп'ютера в середньостроковій і довгостроковій перспективі ".