Физики продлевают срок службы кубитов в ключевой проверке квантовых вычислений
Квантовые вычисления обещают стать революционным инструментом, позволяющим быстро решать уравнения, с которыми классические компьютеры никогда не справятся. Тем не менее, рабочая лошадка квантового устройства, известная как кубит, представляет собой хрупкий объект, склонный к разрушению.
Сохранение достаточного количества кубитов в их идеальном состоянии достаточно долго для вычислений до сих пор оказалось сложной задачей.
В новом эксперименте ученые смогли удерживать кубит в таком состоянии в два раза дольше, чем обычно. Попутно они продемонстрировали практичность квантовой коррекции ошибок (ККО) — процесса, который дольше сохраняет целостность квантовой информации, предоставляя место для избыточности и устранения ошибок.
Идея ККО существует с тех пор, как середине 90-х, но теперь было показано, что он работает в режиме реального времени. Одной из причин успеха эксперимента стало внедрение алгоритмов машинного обучения ИИ для корректировки процедуры исправления ошибок.
«Впервые мы показали, что увеличение избыточности системы и активное обнаружение и исправление квантовые ошибки повысили устойчивость квантовой информации», — говорит физик Мишель Деворе из Йельского университета в Коннектикуте.
Кубиты — это объекты, поскольку они существуют в смеси квантовых состояний. Там, где классические объекты могут иметь абсолютные состояния, версию того же состояния кубита лучше всего описывать с помощью вероятности. Когда кубит взаимодействует с другими кубитами, их вероятности запутываются полезными для вычислений способами.
К сожалению, не только другие кубиты могут переплетать свои состояния с неопределившимся объектом. Все в окружающей среде действует как «шум», потенциально влияя на эти деликатные вероятности и освобождая место для ошибок.
Часть причины, по которой ученые изо всех сил пытались внедрить QEC, заключается в том, что он может вносить собственные ошибки. Дополнительное пространство, отведенное для исправления ошибок, может сделать кубит еще более уязвимым для помех из окружающей среды.
Как и многие эксперименты по квантовой физике, этот эксперимент проводился при сверхнизких температурах — в сто раз ниже, чем снаружи. пространство, в данном случае. Установка должна тщательно контролироваться, чтобы максимально защитить кубит.
Кубит с исправлением ошибок просуществовал 1,8 миллисекунды — всего лишь мгновение, как мы могли бы это испытать, но впечатляющий промежуток времени для кубит, работающий на квантовом уровне. Теперь исследовательская группа сможет еще больше усовершенствовать процесс.
«Наш эксперимент показывает, что квантовая коррекция ошибок является реальным практическим инструментом», – говорит Деворет. «Это больше, чем просто демонстрация доказательства принципа».
Несмотря на то, что ученые добились значительных успехов в разработке квантовых компьютеров — а в настоящее время используются элементарные квантовые компьютеры — предстоит еще долгий путь прежде чем будет реализован весь потенциал технологии.
Уменьшение шума, повышение стабильности и улучшение исправления ошибок — все это сыграет большую роль в приближении к полномасштабным, практичным квантовым компьютерам, доступным каждому. можно использовать.
В этом случае прорыв произошел благодаря нескольким различным факторам, а не одному изменению. На самом деле код QEC был разработан в 2001 году, но улучшения в нем, а также модернизация процесса изготовления квантовых схем имели значение.
«Нет ни одного прорыва, позволившего добиться такого результата», – говорит Владимир Сивак, научный сотрудник Google, ранее работавший в Йельском университете. «На самом деле это комбинация целого ряда различных технологий, разработанных за последние несколько лет, которые мы объединили в этом эксперименте».
«Наш эксперимент подтверждает краеугольное предположение о квантовых вычислениях, и это делает меня очень волнует будущее этой области.»
Исследование опубликовано в Nature.
