Помилки у квантових комп’ютерах є перешкодою для їх широкого використання. Але група вчених стверджує, що за допомогою атома сурми та мисленнєвого експерименту «Кот Шредінгера» вони могли знайти спосіб їх зупинити. Вчені використали знаменитий уявний експеримент «кіт Шредінгера», щоб знайти спосіб усунути помилки з майбутніх квантових комп’ютерів.
Новий метод кодує квантову інформацію на атомі сурми, який має вісім можливих станів, які дозволяють безпечніше зберігати дані, ніж у стандартному кубіті з двома станами або квантовому біті. Цей прорив є життєво важливим кроком у зменшенні ймовірності виникнення помилок у квантових системах, а коли вони трапляються, полегшує їх виявлення та виправлення, що є ключовою перешкодою для розвитку квантових комп’ютерів. Дослідники опублікували свої висновки в середу (14 січня) в журналі Nature Physics.
Уперше розроблений фізиком Ервіном Шредінгером у 1925 році, його мисленнєвий експеримент наочно описує дивні правила квантового світу, уявляючи кота, поміщеного всередину непрозорої коробки з флаконом з отрутою, механізм відкриття якого контролюється радіоактивним розпадом — абсолютно випадковим квантовим процесом.
Шредінгер стверджував, що поки коробку не відкриють і не спостерігатимуть за котом, правила квантової механіки означають, що нещасний котячий існуватиме в суперпозиції станів, водночас мертвий і живий.
У випадку кубіта квантова інформація, що стосується станів 0 або 1 класичного комп’ютера, може бути закодована в станах «розкручування вгору» та «розкручування вниз» атома — спін — це власний кутовий момент атома. фундаментальна частинка. Але якщо шум у квантовому комп’ютері спричиняє раптову зміну обертання (як це часто буває), квантовий стан буде втрачено, створюючи помилку та знищуючи інформацію всередині.
Щоб обійти цю проблему, дослідники нового дослідження вбудували в кремнієвий квантовий чіп атом сурми, який має вісім різних напрямків обертання. Шість додаткових напрямків обертання атома сурми (отримані складовою природою атома, яка додає кілька окремих спінів) означають, що, на відміну від системи з двома спіновими станами, однієї помилки недостатньо, щоб знищити закодовану інформацію. «Як свідчить прислів’я, у кішки дев’ять життів. Однієї маленької подряпини недостатньо, щоб убити її», – співавтор Бенджамін Вільгельм, докторант з електротехніки та телекомунікацій в Університеті Нового Південного Уельсу (UNSW) в Австралії. йдеться в заяві. «У нашого метафоричного «кіта» сім життів: знадобиться сім послідовних помилок, щоб перетворити «0» на «1»!»
За допомогою цієї системи дослідники кажуть, що тепер вони працюватимуть над демонстрацією методу виявлення та виправлення помилок у своєму чіпі, подвиг, який вважається «Святим Граалем» у сфері квантових обчислень.
«Якщо трапляється помилка, ми її одразу виявляємо та можемо виправити її до того, як помилки накопичаться далі. Продовжуючи метафору «кота Шредінгера», це ніби ми бачимо, як наш кіт повертається додому з великою подряпиною на морді», — – сказав у заяві автор Андреа Морелло, професор електротехніки та квантової фізики в UNSW. «Він далеко не мертвий, але ми знаємо, що він взявся за бійку; ми можемо піти і знайти, хто спричинив бійку, перш ніж це повториться і наш кіт отримає ще більше травм».
