Продемонстрировав исправление ошибок в квантовом вычислительном устройстве на основе кремния с тремя кубитами, исследователи из RIKEN в Японии добились значительного прогресса в области крупномасштабных квантовых вычислений. Это исследование, опубликованное в журнале Nature, может помочь сделать легкодоступные квантовые компьютеры реальностью.

Квантовые компьютеры сейчас являются важной областью исследований, потому что они обещают решить задачи, которые невыполнимы для обычных компьютеров. Вместо того, чтобы использовать простые двоичные биты 1 или 0, присущие традиционным компьютерам, они используют состояния суперпозиции квантовой физики. Однако они очень чувствительны к окружающему шуму и другим трудностям, таким как декогерентность, из-за их принципиально иной конструкции и нуждаются в исправлении ошибок для выполнения точных вычислений.

Выбор систем, которые могут служить лучшими "кубитами" или базовыми единицами, необходимыми для выполнения квантовых вычислений, сегодня является серьезной проблемой. Каждая перспективная система имеет свои преимущества и недостатки. Современные популярные системы включают в себя сверхпроводящие схемы и ионы, преимущество которых состоит в том, что они демонстрируют некоторую коррекцию ошибок, что позволяет использовать их в реальных приложениях, хотя и в ограниченном масштабе.

Квантовая технология на основе кремния, которая только недавно начала разрабатываться, как известно, предлагает преимущество в том, что она использует полупроводниковую наноструктуру, сравнимую с той, которая часто используется для интеграции миллиардов транзисторов в компактный чип, и, следовательно, потенциально выигрывает от существующих технология изготовления.

Тем не менее, одна из основных проблем технологии на основе кремния заключается в том, что в ней отсутствует технология связи с ошибками. Исследователи ранее продемонстрировали контроль над двумя кубитами, но этого недостаточно для исправления ошибок, для чего требуется система с тремя кубитами.

В текущем исследовании, проведенном исследователями из RIKEN Center for Emergent Matter Science и RIKEN Center for Quantum Computing, группа достигла этого подвига, продемонстрировав полный контроль над системой из трех кубитов (одна из крупнейших систем кубитов в кремнии). таким образом, впервые был получен прототип квантовой коррекции ошибок в кремнии. Они достигли этого, внедрив квантовый вентиль типа Тоффоли с тремя кубитами.

По словам Кенты Такеды, первого автора статьи, идея реализации квантового кода исправления ошибок в квантовых точках была предложена около десяти лет назад, так что это не совсем новая концепция, а серия улучшений материалов, изготовление устройств и методы измерения позволили группе добиться успеха в этом начинании.