Американские учёные расширили границы безошибочной работы квантовых компьютеров

Центральной задачей для создания практически ценных квантовых вычислений является подавление ошибок. Сегодня цена этого подавления представляется запредельной. На каждый логический кубит, включённый в алгоритм, необходимо использовать до 1000 физических кубитов. На днях группа учёных из США показала, что накладные расходы можно значительно снизить, что обещает широкие перспективы для квантовых вычислений.

Источник изображения: ИИ-генерация Кандинский 3.0/3DNews

Коллектив из Гарварда под руководством бывшего выпускника МФТИ профессора Михаила Лукина — одного из ведущих в мире учёных по квантовым системам — показал работу безошибочных квантовых алгоритмов на 48 логических кубитах на массиве из 280 физических кубитов. Используя управление на логическом уровне и зонированную архитектуру в реконфигурируемых массивах нейтральных атомов, система показала сочетаемость в себе высокой надёжности двухкубитных вентилей, произвольную подключаемость, а также полностью программируемые вращения с одним кубитом.

Созданный в лаборатории Гарварда квантовый компьютер группы Лукина использует дефекты в кристаллических структурах. Это могут быть искусственные алмазы, куда помещаются сверхохлаждённые атомы рубидия. Программирование таких систем осуществляется с помощью лазерных пинцетов. Сначала атомы заселяют в дефекты случайным образом, а затем «программируют» массив, перемещая атомы в те дефекты, которые включены в схему для запуска алгоритма (симуляции).

Схема получения двумерных матриц из нейтральных атомов, и формирование структур с разным расположение возбужденных атомов. Источник изображения: Nature

На серии алгоритмов разной сложности группа Лукина показала, что сверхизбыточное использование физических кубитов для каждого логического кубита, в общем-то, не нужно. Чтобы вычисления проходили с удовлетворительной точностью, может хватить до 7 физических кубитов на один логический, о чём они рассказали в работе, опубликованной 6 декабря в журнале Nature.

Эти результаты намекают на появление квантовых вычислений с исправлением ошибок скорее раньше, чем позже. Это приведёт к открытию приложений и подтолкнёт к сдвигу в решении как проблем, так и возможностей в сфере квантовых расчётов.