Физики научили квантовый компьютер исправлять свои ошибки

На квантовые компьютеры возлагают большие надежды в области криптографии, моделирования, искусственного интеллекта и других задач, требующих быстрых и эффективных расчетов. Однако на данный момент частота ошибок в квантовых компонентах слишком высока для практического применения, и для создания полноценного квантового компьютера необходимо сперва разработать надежную схему квантовой коррекции ошибок.

Чтобы справиться с этой задачей, американские исследователи объединили несколько кубитов (квантовых битов) в один логический кубит, который может обнаруживать и исправлять ошибки и — что самое важное — предотвращать их дальнейшее распространение по системе. Если этого не сделать, все усилия по локальному исправлению ошибок окажутся напрасны: накопленные ошибки приведут к сбоям в критических точках системы и вызовут целый каскад последующих логических сбоев.

В своем эксперименте ученые использовали систему ионной ловушки из 32 ионов иттербия-171, охлажденных лазером и захваченных над микрочипом в вакуумной камере при комнатной температуре. Состояние каждого иона контролировали при помощи лазера, превращая его отдельный кубит.

Измерения показали, что созданный учеными логический кубит оказался более надежным, чем наиболее подверженный ошибкам этап, необходимый для его создания. Команде удалось успешно перевести логический кубит в его начальное состояние и измерить его в 99,4% случаев, хотя они полагались на шесть квантовых операций, которые по отдельности работают только в 98,9% случаев. Без схемы коррекции эти операции приводили бы к правильному результату только в 93,6% случаев (это 98,9%, взятые 6 раз).

Устойчивые к ошибкам логические кубиты могут стать основой для квантовых компьютеров, которые одновременно надежны и достаточно велики для практического использования.

Статья с описанием результатов исследования опубликована в журнале Nature.