Нова технологія дозволяє ефективно нівелювати вплив зовнішніх перешкод на квантові біти

Нова технологія дозволяє ефективно нівелювати вплив зовнішніх перешкод на квантові біти. Тому досягнення є важливим кроком на шляху до побудови потужних і масштабованих квантових комп’ютерів. Група вчених з Китаю, Канади і Австралії реалізувала «в металі» топологічну корекцію помилок (TEC), довівши на практиці можливість створення найважливішого елемента топологічного квантового комп’ютера (topological quantum computer).

Останнє, гіпотетичне поки ще пристрій є більш стійкою версією «просто» квантового комп’ютера. Топологічний комп’ютер в ролі одиниць зберігання інформації (кубітів) використовує квазічастинки энионы, чиї світові лінії в просторі-часу переплітаються так, що створюють щось на зразок кос.

Ці топологічні структури, підкоряються теорії кос (braid theory), формують логічні елементи, що володіють цікавими властивостями.

Зокрема, з їх допомогою можна уникнути впливу на квантові обчислення зовнішніх перешкод (тепла, електромагнітних полів), що викликають декогеренцию.

 


Заплутані фотони створювалися за допомогою пропускання лазерних імпульсів через кристали та нелінійні светоделители. Інформація представлялася у вигляді різної поляризації фотонів (ілюстрація Xing-Can Yao et al./ Nature).

Для цього кожен логічний кубіт повинен зберігатися у вигляді набору заплутаних особливим чином фізичних кубітів (вони і створять «коси»). В даному випадку в цій ролі використовувалися фотони.

Вчені створили чотири пари заплутаних фотонів. Члени пар були роз’єднані і потім згруповані в нові заплутані пари. В результаті з восьми фотонів створювався кластер, який в просторі станів умовно можна представити як тривимірний куб, де кожен фотон квантово сцеплен зі своїми безпосередніми сусідами.

Специфіка зв’язків тут така, що проводячи серію вимірювань над такими фотонами, можна визначати присутність помилки в даних і усувати її (в загальних рисах нагадує той принцип, що був використаний досвід 2004 року).

 


Топологічний кластер. Кульки – кубіти. Суцільні лінії – зв’язки, що формують граф їх взаємодії (ілюстрація Xing-Can Yao et al./ Nature).

Тут може бути проведена така аналогія. Тор (бублик) можна скільки завгодно скручувати і згинати, але поки ви не розірвали його, ви завжди можете розпізнати в ньому саме тор.

Так і кластер кубітів в технології TEC зберігає свої топологічні властивості, незважаючи на зовнішній вплив, перекручений форму.

Для перевірки теорії дослідники навмисно викликали декогеренцию одного з фізичних кубітів і на ділі показали, що алгоритм TEC здатний вказати – якою саме фотон був порушений, і усунути помилку.

Більше того, коли негативного впливу (з певною ймовірністю) були піддані всі фотони-кубіти в кластері, алгоритм TEC дозволив значно зменшити загальну помилку у представлених даних.

На думку авторів досвіду, він доводить, що TEC – один з найбільш практичних підходів до створення квантових комп’ютерів. Причому принцип TEC сумісний з цілим рядом фізичних реалізацій кубітів (але, на жаль, не з усіма), у тому числі з твердотільними системами, наприклад, на основі квантових точок і переходів Джозефсона.

Останнє важливо для масштабування даної технології. Самі автори, до речі, мають намір продовжити своє дослідження. Вони спробують створити аналогічну високо стійку систему з більшого числа кубітів.

(Деталі експерименту викладені в Nature.)

Залишити відповідь

Ваша e-mail адреса не оприлюднюватиметься. Обов’язкові поля позначені *