Квантовые компьютеры научились находить и исправлять собственные ошибки

Квантовые компьютеры обрабатывают информацию с помощью кубитов, которые могут находиться в состоянии 0, 1 или их комбинации. Однако кубиты крайне чувствительны к теплу, магнитным полям и другим изменениям среды, что делает их подверженными ошибкам. Исследователи из Принстонского университета предложили новый подход к созданию квантовых компьютеров, которые допускают меньше ошибок и позволяют легче их обнаруживать и исправлять. Об этом пишет сайт Phys.org.

В основе стратегии, опубликованной в Nature Physics, лежит использование метастабильных атомов иттербия-171 — нейтральных атомов изотопа иттербия, находящихся в долгоживущем возбужденном энергетическом состоянии. Как объяснил старший автор статьи Джефф Д. Томпсон, инженерные кубиты могут быть настроены так, чтобы ошибки становились обнаруживаемыми стирающими ошибками, которые гораздо проще исправить.

Ранее та же группа исследователей показала, что можно сделать ошибки обнаруживаемыми с помощью тщательно спроектированных кубитов, но не могла разработать эффективную стратегию их исправления. «Единственное, что мы могли сделать с этой информацией — выбросить ошибочный кубит», — отметил Томпсон. В новой работе ученые продемонстрировали, что преобразование стирания в сочетании с логическим кубитом обеспечивает лучшую коррекцию ошибок.

Исследователи спроектировали кубиты на основе метастабильных атомов иттербия-171 так, чтобы они порождали стирающие ошибки, позволяющие системе идентифицировать проблемный кубит. Для исправления ошибок они предложили использовать код коррекции, который хранит два логических кубита с помощью четырех физических. «Мы выбрали очень маленький код — distance-2, который слишком мал для коррекции при обычной модели ошибок, но может исправить одно стирание», — пояснил Томпсон.

Это исследование — первоначальное доказательство концепции. Сейчас команда планирует применить подход в большем масштабе и протестировать его эффективность. «Следующий рубеж — применить его с кодами большего расстояния, где можно также исправлять нестирающие ошибки, и действительно снизить логические частоты ошибок», — добавил Томпсон. Для этого потребуются дополнительные инструменты: возможность замены потерянных атомов в середине схемы, более быстрые логические операции и улучшенные вентили. Параллельно ученые работают над быстрой перезагрузкой атомов и улучшенными вентилями.

В перспективе эти усилия могут привести к созданию более крупных квантовых процессоров, способных надежно вычислять информацию, исправляя возникающие ошибки. Это, в свою очередь, позволит использовать квантовые компьютеры для решения задач, недоступных классическим компьютерам.