Виготовити кубіт, стійкий до несправностей, викликаних зовнішніми шумами.

надійні

Ідеальне представлення з топологічного колірного коду, що використовується для кодування стану логічного кубіта в загальні властивості семи фізичних кубітів (А); Схема пастки з сімома іонами кальцію, що використовується дослідниками в лабораторії (В) та схема кодування логічного кубіта на основі стану семи фізичних кубітів (С). [З "Експериментальних квантових обчислень на топологічно закодованому кубіті", Д. Нігг та ін., Архів: 1403,5426]

Головною перешкодою, з якою стикаються квантові обчислення, є труднощі у створенні стабільних кубітів. Кубіт - основний елемент інформації в квантових обчисленнях - можна розуміти як обчислювальний аналог кота Шредінгера: його можливі стани не відповідають виключно тим, які пов'язані з класичними значеннями 0 або 1 ("живий" або "мертвий", у випадку з популярною кішкою), але також охоплюють її квантові суперпозиції. Ця властивість дозволило б квантовому комп'ютеру вирішувати проблеми набагато швидше, ніж традиційні комп'ютери.

На практиці ж кубіти є дуже крихкими фізичними системами, оскільки взаємодія з навколишнім середовищем легко псує контроль над їх квантовими властивостями. Зараз співпраця фізиків з Університету Інсбрука та Університету Комплутенсе в Мадриді досягла успіху у створенні першого кубіта, в якому можна виправити будь-який тип помилок, спричинених зовнішніми шумами. Результати були опубліковані минулого тижня в журналі Science.

Пристрій складається з семи переплутаних іонів кальцію таким чином, що стан кубіта кодується в загальних властивостях системи. Йдеться про експериментальну реалізацію теоретичної моделі під назвою «топологічний колірний код», яку кілька років тому запропонувала команда Мігеля Анхеля Мартіна-Дельгадо, фізика з Мадридського університету Комплутенсе та одного з авторів сучасності робота.

"Сім іонів кальцію співпрацюють між собою таким чином, що ціле стійке проти помилок, викликаних зовнішніми шумами", пояснює Мартін-Дельгадо. "Це вперше виправлено довільні квантові помилки, і вперше послідовності логічних операцій виконувались над кубітом без непоправної шкоди зовнішньому шуму", - продовжує дослідник. Конструкція має інші переваги, такі як можливість виконання великої кількості різних логічних операцій над кубітом.

Наступним кроком є ​​збільшення розміру системи. «З теоретичної точки зору показано, що топологічна кольорова модель є масштабованою та надійною. Найбільшою експериментальною перешкодою для її проведення є використовувана нами іонна пастка, яка є лінійною ”, - говорить Мартін-Дельгадо. Однак дослідник домагається, що цю складність можна подолати, використовуючи інший клас мікропасток, розробка яких вже триває в лабораторії Університету Інсбрука.

Більше інформації в Science. Безкоштовна версія технічного паперу доступна у сховищі arXiv.