Физики нашли способ исправить автономные квантовые ошибки
Исследователи, финансируемые армией и военно-воздушными силами США, сделали шаг в создании отказоустойчивого квантового компьютера. Он обеспечит расширенные возможности обработки данных.
Квантовые вычисления - путь к новым вычислительным возможностям того Он также может способствовать открытию материалов, искусственному интеллекту, биохимической инженерии и многим другим дисциплинам, необходимым для будущих военных; однако, поскольку кубиты, фундаментальные строительные блоки квантовых компьютеров, по своей сути хрупки, давним препятствием для квантовых вычислений была эффективная реализация квантовой коррекции ошибок. Кроме того, военные планируют "сражаться и побеждать" в так называемых многодоменных операциях как раз используя квантовые вычисления, сообщает Научно-исследовательская лаборатория армии США.
Исследователи из Массачусетского университета в Амхерсте определили способ защиты квантовой информации от общего источника ошибок в сверхпроводящих системах, одной из ведущих платформ для реализации крупномасштабных квантовых компьютеров. В исследовании, опубликованном в журнале Nature, ученые реализовали новый способ спонтанного исправления квантовых ошибок.
Сегодняшние компьютеры построены с транзисторами, представляющими классические биты, либо 1, либо 0. В свою очередь, квантовые вычисления - это новая парадигма вычислений с использованием квантовых битов или кубитов, где квантовая суперпозиция и запутанность могут использоваться для экспоненциального увеличения вычислительной мощности.
Существующие демонстрации квантовой коррекции ошибок активны. Это значит, что они требуют периодической проверки на наличие ошибок и их немедленного исправления. В свою очередь, это требует аппаратных ресурсов и, таким образом, препятствует масштабированию квантовых компьютеров.
Напротив, в эксперименте исследователей достигается пассивная квантовая коррекция ошибок путем корректировки трения, или диссипации, испытываемой кубитом. Поскольку трение обычно считается важным препятствием квантовой когерентности, этот результат может показаться неожиданным. Хитрость в том, что диссипация должна быть спроектирована специально квантовым образом.
Эта общая стратегия была известна в теории около двух десятилетий, но практический способ получить такую?? диссипацию и использовать ее для квантовой коррекции ошибок было сложной задачей.
"Демонстрация таких нетрадиционных подходов, мы надеемся, подтолкнет к появлению более умных идей для преодоления некоторых из самых сложных проблем квантовой науки", - объясняет Грейс Меткалф, женщина-программный руководитель отдела квантовой информатики в AFOSR.
Исследователи заявили, что подразумевается, что может быть больше способов защитить кубиты от ошибок и сделать это с меньшими затратами.
"Хотя наш эксперимент все еще является довольно элементарной демонстрацией, мы наконец реализовали эту противоречивую теоретическую возможность диссипативных QEC, - сказал доктор Чен Ван, физик из Массачусетского университета в Амхерсте. - Этот эксперимент поднимает перспективу создания полезного отказоустойчивого квантового компьютера в среднесрочной и долгосрочной перспективе".
