Японцы впервые запутали три, а не два кубита — это радикально упростит коррекцию ошибок в квантовых вычислениях

[Ippolitovich]

Исследователи из японского центра Riken Center for Emergent Matter Science продемонстрировали возможность запутывания одновременно трёх кубитов, тогда как до сих пор учёным удавалось связывать только пары. Три запутанных кубита обещают значительно упростить механизм коррекции ошибок в квантовых расчётах, что всё ещё остаётся непреодолимой преградой на пути к масштабированию квантовых компьютеров.

 

Запутывание кубитов — условных аналогов транзисторов-ключей в традиционных чипах — означает придание им одинаковых квантовых свойств. Это значит, что измерение этих квантовых свойств (параметров) у одного из связанных кубитов автоматически даёт представление о параметрах другого, а теперь и третьего кубита. К примеру, это может быть направление спина электрона — условно 0 или 1. Эти свойства используются в квантовых алгоритмах, а нахождение кубитов в состоянии суперпозиции — одновременное пребывание во всех возможных состояниях (до измерения параметров) — экспоненциально ускоряет вычисления (к сожалению, пока только для узкого спектра задач).

 

 

Опыт по связыванию трёх кубитов исследователи провели на кремниевой структуре с использованием составной структуры из кремния и соединения кремния и германия. Каждая из трёх таких структур содержала кубит в лице обычного электрона. Управляли структурами затворы из алюминия, а спиновые состояния электронов менялись сильным магнитом на кристалле. Создаваемое магнитом поле за счёт падения напряжённости (градиента) разделяло резонансные частоты трех кубитов, позволяя обращаться к ним по отдельности.

 

 

Введение в обиход третьего связанного кубита может быть использовано как для ускорения расчётов, что необходимо будет реализовать в алгоритмах, так и для коррекции ошибок и масштабирования квантовых систем. Две последние возможности неразрывно связны, так как сегодня для коррекции ошибок каждого логического кубита требуется от 10 до тысяч физических кубитов в зависимости от заданной точности вычислений и даже в таком случае она будет менее 100 %. Введение третьего связанного кубита, уверяют японские учёные, повышает надёжность кубита до 88 %, что открывает путь к примитивной коррекции ошибок и к простому подходу для создания многокубитовых вычислительных систем. К примеру, японцы обещают в обозримом будущем довести свою разработку до 50 и даже 100 кубитов и представить более совершенные механизмы коррекции ошибок.