Учёные добились 99-процентной точности квантовых вычислений для полупроводниковых кубитов

Квантовое превосходство невозможно без дальнейшего масштабирования или, проще говоря, наращивания числа кубитов до сотен и тысяч штук. Это многократно усложняет и так плохо решаемую проблему исправления ошибок в квантовых расчётах. Необходимы изначально высокоточные кубиты, чтобы по мере увеличения разрядности ошибки не вышли из под контроля. И такие кубиты предложили учёные из Австралии и США.

Визуализация 3-кубитовой системы. Источник изображения: Tony Melov / UNSW

Важно, что исследователи создали и испытали на исполнение простейших алгоритмов полупроводниковые кубиты из ионов фосфора, имплантированных в кремний. Такой способ введения атомов примесей в поверхностный слой кремниевых пластин широко используется в полупроводниковом производстве. Это означает, что возможность выпустить квантовый процессор с использованием подобных кубитов реальна и относительно легко реализуется на практике.

Эксперименты с кубитами из ионов фосфора, в которых спин атомного ядра определял состояние кубитов, показали точность вычислений (fidelity или точность совпадения с идеальными безошибочными операциями) на уровне 99,95 %, для 1-кубитных операций и 99,37 % для 2-кубитных. При этом сам экспериментальный полупроводниковый квантовый процессор изготовлен 3-кубитным, но масштабирование будет относительно простой задачей, уверяют учёные.

Достижение коэффициента ошибок менее 1 % является важной вехой, позволяющей упростить квантовую коррекцию ошибок. Руководитель исследования Андреа Морелло (Andrea Morello) из университета Нового Южного Уэльса уверен, что поскольку эта цель достигнута, «мы можем начать проектировать кремниевые квантовые процессоры, которые будут масштабироваться и надежно работать для полезных вычислений». Работа опубликована 19 января в журнале Nature.