Физики создали квантовый компьютер, который может корректировать ошибки в собственной работе

Физики создали квантовый компьютер, который может корректировать ошибки в своей работе. Для этого в него вмонтировали две логические квантовые ячейки памяти, состоящие из десяти запутанных физических кубитов.

Статью с описанием разработки опубликовал научный журнал Nature.

Квантовыми компьютерами называют вычислительные устройства, в основе работы которых лежат принципы квантовой механики. В отличие от обычных компьютеров, в которых для передачи и обработки данных используются биты — единицы информации, которые содержат или 1, или 0, квантовые компьютеры оперируют кубитами — ячейками памяти и примитивными вычислительными модулями, которые могут хранить в себе одновременно и ноль, и единицу. Благодаря этому квантовые компьютеры могут обрабатывать большие объемы информации во много раз быстрее обычных — даже если это суперкомпьютеры с огромными вычислительными мощностями.

Как правило, кубиты могут недолго находиться в подобном состоянии: его могут нарушить случайные взаимодействия с объектами окружающего мира и разорвать связи, объединяющие кубиты с соседними квантовыми ячейками памяти. Ученые уже много лет пытаются продлить время их жизни.

Ту же проблему можно решить другим путем: для этого квантовый компьютер должен без вмешательства человека корректировать ошибки, которые возникают в работе кубитов. За последние несколько лет появилось несколько способов такой коррекции. Однако использовать их пока невозможно из-за того, что для них нужны сотни или даже тысячи связанных друг с другом кубитов.

Недавно физики-теоретики предположили, что эту проблему можно обойти, если использовать не физические, а логические кубиты — особую структуру из нескольких запутанных друг с дружкой ячеек квантовой памяти. Благодаря этому квантовое состояние, которое сохраняется в логическом кубите, можно будет распределить таким образом, что эта информация не исчезнет, даже если одна из физических ячеек выйдет из строя.

В сентябре прошлого года специалисты из Инсбрукского университета (Австрия) впервые реализовали эту идею на практике. Они создали одиночные логические кубиты, защищенные от потери квантовой информации. После этого ученые начали работать над следующей большой задачей – налаживанием взаимодействий между подобными виртуальными квантовыми ячейками памяти.

Опыты показали, что этого можно добиться с помощью всего десяти физических кубитов, объединенных в две логические ячейки квантовой памяти, и способом так называемой “решеточной хирургии”. С ее помощью можно объединять логические кубиты или разделять их на части, проводя определенные логические операции с частью физических кубитов, которые лежат в их основе.

Физики проверили свои идеи на десятикубитном ионном квантовом компьютере, который разработали в австрийском Инсбрукском университете. Логические кубиты действительно можно было запутывать подобным образом. При решении простейших задач правильный ответ удавалось получать с вероятностью в 80-87%.

Ученые считают, что подобным образом можно создавать и более сложные квантовые вычислительные машины, которые состоят из десятков логических кубитов.