Ученые из МФТИ разработали новую метрику, описывающую различие между реальным (зашумленным) и идеальным (чисто теоретическим) квантовыми процессами. Она позволяет достаточно просто определить меру отклонения от идеальности происходящего процесса, а также сделать строгую оценку ошибки в получаемом в конце процесса результате, например, в случае квантовых вычислений.

Работа опубликована в журнале «Труды МИАН».

В последние годы исследования в области теории многочастичных квантовых систем остаются одними из самых динамичных и перспективных на стыке математики, физики и информатики. Особую роль среди них играют те, которые направлены на улучшение методов анализа квантовых систем во время измерений, а также поиск новых подходов при обработке квантовых данных, разработку новых инструментов для изучения их состояний и динамики.

Квантовый компьютер стандартной архитектуры — это устройство, основанное на принципах квантовой механики, которое использует квантовые биты (или кубиты) вместо классических битов для обработки информации. Квантовые компьютеры обладают способностью ускорять многие вычисления и обрабатывать огромные объемы данных за сравнительно короткое время благодаря свойствам квантовых систем, таким как квантовая суперпозиция и квантовая сцепленность.

Квантовые компьютеры отличаются от классических в том числе тем, что обычно даже в идеальном случае они дают в ходе своих вычислений результат, который лишь с некоторой вероятностью является правильным. Важнейшая техническая и научная задача заключается как в том, чтобы удержать эту вероятность далеко от нуля, так и в том, чтобы суметь правильно оценить достигаемую вероятность.

Разработчики современных экспериментальных физических систем, рассматриваемых как кандидаты в кубиты для будущих квантовых компьютеров, сталкиваются с проблемой шумовых воздействий внешнего окружения, которые могут искажать состояние квантового регистра. Если не предпринимать специальных мер, то состояние квантового регистра уже через небольшое число вычислительных тактов может значительно отличаться от идеального.

Однако было доказано, что проведение крупных вычислений на квантовых компьютерах все же возможно, если в процессе обработки информации использовать процедуры коррекции ошибок.