Ошибка в квантовых компьютерах упала в 10 раз — вы не поверите, как это изменит технологии

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.

Рекорд сверхточности квантовых операций

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.

Как это работает и почему это важно

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:

• Меньше кубитов — меньший размер компьютера.
• Снижение затрат на оборудование.
• Упрощение технической реализации.

"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.

Что же нового в методах управления?

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:

• Обеспечивает большую стабильность.
• Упрощает интеграцию в чипы ионных ловушек.
• Значительно дешевле и надежнее.
• Позволяет проводить эксперименты при комнатной температуре и без дополнительного магнитного экранирования.

Рекорд и перспективы

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.

Команда и контекст

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.