Что если я скажу, что современные квантовые компьютеры теперь могут работать с такой точностью, что шанс ошибки при операции с одним квантовым битом стал меньше, чем вероятность того, что вас в течение года ударит молния? Звучит невероятно, но именно такой рекорд недавно установили физики из Оксфордского университета.
Команда исследователей из Оксфорда достигла нового глобального эталона в управлении одним кубитом — квантовым битом. Они снизили уровень ошибок до невероятных 0,000015%, что эквивалентно одной ошибке на 6,7 миллиона операций. Для сравнения, десять лет назад они же зафиксировали ошибку в среднем на 1 миллион операций — это почти в десять раз выше!
"Насколько нам известно, это самая точная операция с кубитом, когда-либо зафиксированная в мире. Это важный шаг на пути к созданию практических квантовых компьютеров, которые могут решать реальные проблемы", — заявил один из авторов исследования профессор Дэвид Лукас.
Для того чтобы квантовый компьютер решал сложные задачи, ему приходится выполнять миллионы операций на множестве кубитов. Если ошибки случаются слишком часто, результаты становятся бесполезными. В настоящее время существует метод коррекции ошибок, но он требует огромного количества дополнительных кубитов, что усложняет и удорожает систему.
Снижение ошибок снижает и инфраструктурные затраты:
"Резко снижая вероятность ошибки, эта работа существенно сокращает инфраструктуру, необходимую для исправления ошибок, открывая путь для будущих квантовых компьютеров, которые станут меньше, быстрее и эффективнее", — отметила аспирантка Молли Смит.
Она добавила, что точный контроль кубитов также будет полезен для других квантовых технологий, таких как часы и квантовые датчики.
Ключ к успеху — использование ионов кальция в роли кубитов. Они хранят квантовую информацию надежно и долго. В отличие от традиционных методов управления лазерами, оксфордская команда управляла состояниями ионов с помощью электронных микроволновых сигналов. Это решение:
Предыдущий лучший результат был зафиксирован в 2014 году той же группой, и с тех пор команда Оксфорда не переставала совершенствовать технологии. В 2019 году их опыт лег в основу создания дочерней компании Oxford Ionics, лидера в области платформ для ионных кубитов.
Тем не менее, исследователи признают: задача далека от завершения. Чтобы квантовые компьютеры стали полностью отказоустойчивыми, необходимо также снизить ошибки в двухкубитных логических вентилях. На сегодня их показатели примерно 1 ошибка на 2000 операций — значительно хуже, чем у однокубитных.
Эксперименты проводились при активном участии Молли Смит, Аарона Леу, доктора Марио Гели и профессора Дэвида Лукаса из Оксфордского университета, совместно с доктором Коитиро Мияниши из Университета Осаки.
Оксфордские ученые входят в Центр квантовых вычислений и моделирования Великобритании (QCS) — ключевое подразделение Национальной программы по квантовым технологиям.