Новое исследование изменило направление создания отказоустойчивого квантового компьютера. Ученые реализовали новый тип квантовой коррекции ошибок, в котором они исправляются спонтанно. Для построения универсального квантового компьютера из хрупких квантовых компонентов эффективная реализация квантовой коррекции ошибок является важнейшим требованием.

Она используется в квантовых вычислениях, которые потенциально могут решить научные задачи, выходящие за рамки суперкомпьютеров, для защиты квантовой информации от ошибок из-за различных шумов.

Сегодняшние компьютеры построены на транзисторах, представляющих классические биты (нули или единицы). Квантовые вычисления — это новая захватывающая парадигма вычислений с использованием кубитов, где квантовая суперпозиция может использоваться для экспоненциального увеличения вычислительной мощности. Отказоустойчивые квантовые вычисления могут значительно продвинуть вперед открытие новых материалов, искусственный интеллект, биохимическую инженерию и многие другие дисциплины.

Поскольку кубиты по своей природе хрупки, самой сложной задачей при создании таких мощных квантовых компьютеров является эффективная реализация квантовой коррекции ошибок. Существующие демонстрации являются активными, что означает, что они требуют периодической проверки на наличие ошибок и их немедленного исправления, что требует аппаратных ресурсов и, следовательно, препятствует масштабированию квантовых компьютеров.

«Хотя наш эксперимент все еще является довольно элементарной демонстрацией, мы наконец реализовали эту противоречивую теоретическую возможность диссипативной коррекции. Заглядывая вперед, можно сделать вывод, что может быть больше способов защитить наши кубиты от ошибок и сделать это с меньшими затратами. Таким образом, этот эксперимент поднимает перспективу создания полезного отказоустойчивого квантового компьютера в среднесрочной и долгосрочной перспективе», – физик Массачусетского университета Чен Ван

Напротив, в эксперименте исследователей достигается пассивный метод коррекции, регулируя трение (или диссипацию), испытываемое кубитом. Поскольку трение обычно считается заклятым врагом квантовой когерентности, этот результат может показаться довольно неожиданным.

Хитрость в том, что диссипация должна быть спроектирована специально квантовым образом. Эта общая стратегия была известна в теории около двух десятилетий, но практический способ получить такое рассеивание и использовать его для коррекции был сложной задачей.