Квантовая информация хрупкая, поэтому квантовые компьютеры должны уметь исправлять ошибки. Но что, если потеряны целые кубиты? Исследователи из Университета Инсбрука в сотрудничестве с RWTH Ахенским университетом и Болонским университетом теперь представляют в журнале Nature метод, который позволяет квантовым компьютерам продолжать работу, даже если они потеряют несколько кубитов по пути.
Кубиты - носители квантовой информации - склонны к ошибкам, вызванным нежелательными взаимодействиями с окружающей средой. Эти ошибки накапливаются во время квантовых вычислений, и поэтому их исправление является ключевым требованием для надежного использования квантовых компьютеров.
К настоящему времени хорошо известно, что квантовые компьютеры могут противостоять определенному количеству вычислительных ошибок, таких как ошибки переворота бит или фазы. Однако, помимо вычислительных ошибок, кубиты могут вообще потеряться. В зависимости от типа квантового компьютера это может происходить из-за фактической потери частиц, таких как атомы или ионы, или из-за перехода квантовых частиц, например, в нежелательные энергетические состояния, так что они больше не распознаются как кубит. Когда кубит теряется, информация в оставшихся кубитах становится зашифрованной и незащищенной, что делает этот процесс потенциально фатальной ошибкой.
Группа физиков под руководством Райнера Блатта с факультета экспериментальной физики Университета Инсбрукав сотрудничестве с физиками-теоретиками из Германии и Италии в настоящее время разработала и внедрила передовые методы, которые позволяют их квантовому компьютеру с захваченными ионами адаптироваться в режиме реального времени к потере кубитов и поддерживать защиту хрупкой сохраненной квантовой информации. «В нашем квантовом компьютере с захваченными ионами ионы, на которых расположены кубиты, могут быть захвачены в течение очень долгого времени, даже дней», - говорит физик из Инсбрука Роман Стрикер. «Однако наши ионы намного сложнее, чем их упрощенное описание как двухуровневый захват кубита. Это предлагает большой потенциал и дополнительную гибкость в управлении нашим квантовым компьютером, но, к сожалению, это также дает возможность утечки квантовой информации из пространства кубита из-за несовершенных операций или радиационного распада. «Используя подход, разработанный группой теоретических квантовых технологий Маркуса Мюллера в RWTH Ахенском университете и Forschungszentrum Jülich, в сотрудничестве с Давиде Водола из Болонского университета, команда Инсбрука продемонстрировала, что такую утечку можно обнаружить и исправить в режиме реального времени. Мюллер подчеркивает, что «сочетание квантовой коррекции ошибок с коррекцией потери и утечки кубитов является необходимым следующим шагом на пути к крупномасштабным и надежным квантовым вычислениям».
Исследователям пришлось разработать два ключевых метода защиты своего квантового компьютера от потери кубитов. Первой задачей было обнаружение потери кубита в первую очередь: «Прямое измерение кубита не было вариантом, поскольку это разрушило бы квантовую информацию, хранящуюся в нем», - объясняет Филипп Шиндлер из Университета Инсбрука. «Нам удалось преодолеть эту проблему, разработав метод, в котором мы использовали дополнительный ион, чтобы проверить, находится ли рассматриваемый кубит еще там или нет, не нарушая его», - объясняет Мартин Рингбауэр. Вторая задача заключалась в том, чтобы адаптировать оставшиеся вычисления в реальном времени на случай, если кубит действительно был потерян. Эта адаптация имеет решающее значение для расшифровки квантовой информации после потери и поддержания защиты оставшихся кубитов.
0 комментариев