Квантовые вычисления превзошли 99% точности сразу в трёх исследованиях

Квантовый компьютерный чип из кремния, использованный в исследовании RIKEN.

Квантовый компьютерный чип из кремния, использованный в исследовании RIKEN.
Фото RIKEN.

Три группы учёных со всего мира достигли важной вехи в области квантовых вычислений.

Все три команды добились точности вычислений более 99% в квантовых устройствах на основе кремния. Это достижение прокладывает путь к практичным масштабируемым квантовым компьютерам, производящим безошибочные вычисления.

Напомним, что классические компьютеры хранят и обрабатывают информацию в битах. Квантовые компьютеры, в свою очередь, используют кубиты, которые в теории позволяют производить больше вычислений в единицу времени.

Так, кубиты, в отличие от классических битов, могут принимать не только значения 1 или 0, но и все промежуточные одновременно (в силу своей квантовой природы). В результате пять запутанных кубитов могут хранить и обрабатывать столько же информации, что и 32 (2 в пятой степени) классических бита, 10 запутанных кубитов = 1000 классических битов, а 300 кубитов могут быть соотнесены с таким количество битов, сколько атомов во всей Вселенной.

Это должно позволить квантовым компьютерам стать в разы более мощными, чем классические.

Однако квантовые состояния очень уж чувствительны к внешнему вмешательству, что может привести к ошибкам, сильно ограничивающим практическое использование этих машин.

Но теперь три новых исследования описали квантовые компьютерные системы, которые не выдавали ошибки в 99% вычислений. Более того, все эти устройства основаны на кремнии, что должно упростить их производство: существующая коммерческая инфраструктура широко использует кремниевые полупроводники.

Команда под руководством Университета Нового Южного Уэльса (UNSW) в Австралии достигла точности 99,95% в системе с одним кубитом и 99,37% в системе с двумя рабочими кубитами.

Вторая команда из Делфтского технического университета в Нидерландах получила 99,87% точности с одним кубитом и 99,65% с двумя.

И, наконец, команда Института RIKEN в Японии достигла точности вычислений 99,84% в системе с одним кубитом и 99,51% в системе с двумя кубитами.

"Когда ошибки настолько редки, их становится легче обнаружить и исправить, – добавляет профессор Андреа Морелло (Andrea Morello), ведущий автор исследования из UNSW. – Это показывает, что [теоретически] можно создавать квантовые компьютеры, которые имеют достаточный масштаб и достаточную мощность для выполнения значимых вычислений. Это исследование является важной вехой на пути, который приведёт нас к цели".

Система UNSW кодирует информацию в ядерных спинах атомов фосфора, имплантированных в кремниевый чип. Получается, что ядра этих атомов являются основным процессором, выполняющим квантовые операции. Они связаны друг с другом посредством электрона, квантово запутанного с каждым атомом.

Эксперименты в Делфтском техническом университете и Институте RIKEN проводились с использованием спинов двух электронов в качестве кубитов, каждый из которых был ограничен квантовой точкой, выполненной из кремния и кремний-германиевого сплава.

Поскольку все три команды превзошли порог 99-процентной точности, следующим шагом исследователей будет разработка кремниевых квантовых процессоров, которые можно масштабировать для коммерческих квантовых компьютеров.

Все три прорывных работы были опубликованы в авторитетном научном издании Nature (1, 2 и 3).

Ранее мы рассказывали о предыдущих достижениях австралийской команды и о том, какие вычисления стоит проводить на квантовых компьютерах, а также о создании универсальной системы устранения ошибок для квантовых компьютеров будущего.

Больше новостей из мира науки и технологий вы найдёте в разделе "Наука" на медиаплатформе "Смотрим".