Изработете кубит, устойчив на повреди, предизвикани от външен шум.

научни

Идеализирано представяне от топологичния цветен код, използван за кодиране на състоянието на логически кубит в глобалните свойства на седем физически кубита (A); схема на капана със седем калциеви йона, използвана от изследователите в лабораторията (B) и схема на кодиране на логическия кубит въз основа на състоянието на седемте физически кубита (C). [От „Експериментални квантови изчисления върху топологично кодиран кубит“, D. Nigg et al., Arxiv: 1403.5426]

Основната пречка, пред която са изправени квантовите изчисления, е трудността да се направят стабилни quibits. Кубит - основният елемент на информацията в квантовите изчисления - може да се разбира като изчислителен аналог на котката на Шрьодингер: възможните му състояния не съответстват само на тези, свързани с класическите стойности 0 или 1 („жив“ или „мъртъв“, в случая с популярната котка), но обхваща и нейните квантови суперпозиции. Това свойство би позволило на квантовия компютър да решава проблеми със скорост, много по-голяма от традиционните компютри.

На практика обаче кубитите са много крехки физически системи, тъй като взаимодействието с околната среда лесно разваля контрола върху техните квантови свойства. Сега съвместна работа на физици от Университета в Инсбрук и Университета Комплутенсе в Мадрид успя да произведе първия кубит, в който е възможно да се коригира всякакъв вид грешка, предизвикана от външен шум. Резултатите бяха публикувани миналата седмица в списание Science.

Устройството се състои от седем заплетени калциеви йони по такъв начин, че състоянието на кубита да се кодира в глобалните свойства на системата. Става въпрос за експерименталната реализация на теоретичен модел, наречен «топологичен цветен код», предложен преди няколко години от екипа на Мигел Анхел Мартин-Делгадо, физик от университета Комплутенсе в Мадрид и един от авторите на настоящето работа.

„Седемте калциеви йони си сътрудничат по такъв начин, че цялото да е стабилно срещу грешки, причинени от външен шум“, обяснява Мартин-Делгадо. „Това е първият път, в който произволни квантови грешки са коригирани и първият път, когато последователностите от логически операции се изпълняват на кубит без непоправими щети на външния шум“, продължава изследователят. Дизайнът има и други предимства, като възможността за извършване на голям брой различни логически операции на кубита.

Следващата стъпка е да увеличите размера на системата. „От теоретична гледна точка топологичният цветен модел е доказан като мащабируем и стабилен. Най-голямата експериментална пречка за провеждането му е йоноуловителят, който използвахме, който е линеен “, казва Мартин-Делгадо. Изследователят обаче напредва, че тази трудност може да бъде преодоляна чрез използване на друг клас микрокапани, чието развитие вече е в ход в лабораторията на Университета в Инсбрук.

Повече информация в Science. Безплатна версия на бялата книга е достъпна в хранилището на arXiv.