Экзотические частицы помогут создать универсальный квантовый компьютер

Физики из Чикагского университета, Гарварда, Университета Стоуни-Брук и компании Quantinuum впервые продемонстрировали полный набор операций на неабелевых анионах — экзотических квазичастицах, которые могут стать основой для универсальных квантовых компьютеров. Результаты опубликованы в Nature. Неабелевы анионы не существуют в природе как отдельные частицы: их создают с помощью квантовых схем, связывающих множество обычных кубитов в одно большое запутанное состояние. В отличие от обычных кубитов, которые хранят информацию в двоичном состоянии «включено-выключено», анионы несут внутреннее состояние, меняющееся при перемещении (плетении) друг вокруг друга. Порядок плетения имеет значение — это и есть неабелевость, что позволяет кодировать информацию способами, недоступными обычным частицам. В 2024 году та же группа создала анионы на основе симметрии D4 на ионном процессоре Quantinuum, но плетение этих анионов не давало всех операций, необходимых для вычислений. В новой работе учёные использовали симметрию S3 — повороты и отражения равностороннего треугольника — и построили анионы на 54 кубитах процессора H2. Ключевым стало сочетание плетения и слияния (фузии) анионов, когда две частицы объединяются, а результат считывается как измерение. Идея была предложена теоретически в 2003 году Карлосом Мочоном, но реализовать её на практике удалось только сейчас. Команда закодировала «топологические кутриты» — квантовые системы с тремя уровнями информации вместо двух у кубитов. Плетение и слияние в разных комбинациях дали три операции: один запутывающий гейт от плетения и два типа измерений от слияния. Вместе они позволяют выполнить любое квантовое вычисление, включая те, что были недоступны при одном плетении. Кроме того, анионы позволили напрямую подготовить «магическое состояние» — ресурс, который в обычных системах требует дорогостоящей дистилляции, потребляющей много кубитов. Пока эксперимент не включал активную коррекцию ошибок: учёные проверили работу отдельных строительных блоков и подтвердили, что магическое состояние соответствует теоретическим предсказаниям. Следующий шаг — объединить подход с коррекцией ошибок, что может сделать неабелевы анионы практической основой для крупномасштабных отказоустойчивых квантовых компьютеров. Об этом пишет издание Phys.org.