Физики из Национального института стандартов и технологий (США) испытали однокубитовый квантовый вентиль, который имеет рекордно высокую надёжность.

Согласно расчётам теоретиков, вероятность появления ошибки при работе логических элементов квантового компьютера не должна превышать 10^–4. В 2008-м экспериментаторы из Канады вплотную подобрались к этому значению, продемонстрировав вероятность (1,3 ± 0,1)•10^–4, а в прошлом году практически такой же результат показала группа американских учёных. Однако преодолеть заветные 10^–4 никому не удавалось.

«В отличие от всех аналогов, наш однокубитовый элемент удовлетворяет требованиям к логическому вентилю действующего квантового компьютера, — утверждает руководитель нового исследования Кентон Браун (Kenton Brown). — Мы научились так хорошо контролировать его работу, что вероятность появления ошибки снижается до (2,0 ± 0,2)• 10^–5».

Рис. 1. Ионная ловушка с золотыми электродами, в 40 мкм над которой «парит» ион бериллия, обозначенный красным (иллюстрация NIST).

Одиночный кубит авторы реализовали на базе иона бериллия ⁹Ве⁺, захваченного в ловушку, и двух его сверхтонких уровней основного состояния. Для проведения логических операций использовалось не лазерное, а микроволновое излучение (об этой перспективной методике мы рассказывали совсем недавно), что и обеспечило успех опыта. Кроме того, кубит надёжно защищался от флуктуаций окружающего магнитного поля: ионную ловушку поместили в вакуумный кожух со стенками толщиной в 14 мм, изготовленный из бескислородной меди с высокой электропроводностью, и охладили до 4,2 К.

Вероятность появления ошибок была рассчитана по результатам 1 000 отдельных экспериментов, в которых выполнялись случайные последовательности логических операций. Длину последовательностей выбирали из диапазона (1, 3, 8, 21, 55, 144, 233, 377, 610, 987), причём на каждое значение из этого списка приходилось по 100 замеров.

В ближайшем будущем физики, очевидно, попробуют создать двухкубитовый вентиль, имеющий сравнимые параметры надёжности.

Рис. 2. Зависимость точности работы (вероятности получения корректного результата) однокубитового вентиля от длины последовательности логических операций (иллюстрация из журнала Physical Review A).

Полная версия отчёта опубликована в журнале Physical Review A.