Квантовые биты, защищенные от ошибок, были впервые успешно запутаны

Физики из Университета Инсбрука впервые  запутали два квантовых бита, распределенных по нескольким квантовым объектам, и успешно передали их квантовые состояния. Это знаменует собой важную веху в развитии отказоустойчивых квантовых компьютеров. Исследователи опубликовали свой доклад в журнале Nature.

Даже компьютеры могут ошибаться в расчетах; небольшие помехи изменяют сохраненную информацию и искажают результаты. Поэтому компьютеры используют методы для постоянного исправления таких ошибок. В квантовых компьютерах уязвимость к ошибкам может быть уменьшена путем хранения квантовой информации более чем в одной квантовой частице. Эти логические квантовые биты менее чувствительны к ошибкам. В последние годы теоретики разработали множество различных кодов коррекции ошибок и оптимизировали их для различных задач.

"Наиболее перспективными кодами для квантовой коррекции ошибок являются коды, определенные на двумерной решетке",-объясняет Томас Монц с кафедры экспериментальной физики Инсбрукского университета. "Это связано с тем, что физическая структура современных квантовых компьютеров может быть очень хорошо отображена через такие решетки." С помощью кодов логические квантовые биты могут быть распределены по нескольким квантовым объектам. Квантовым физикам из Инсбрука впервые удалось запутать два квантовых бита, закодированных таким образом. Запутанность двух квантовых битов является важным ресурсом квантовых компьютеров, давая им преимущество в производительности по сравнению с классическими компьютерами.

Своего рода квантовая швейная машина

Для своего эксперимента физики используют квантовый компьютер-ионную ловушку с десятью ионами. В этих ионах кодируются логические квантовые биты. Используя метод, который ученые называют "решетчатой хирургией", два логических кубита, закодированных на решетке, могут быть "сшиты вместе".

"Новый, более крупный кубит создается из кубитов, сшитых таким образом", - объясняет Александр Эрхард из команды Инсбрука. В свою очередь, большой логический кубит может быть разделен на два отдельных логических кубита решетчатой операцией. В отличие от стандартных операций между двумя логическими кубитами, решетчатая хирургия требует операций только вдоль границы закодированных кубитов, а не на всей их поверхности. "Это уменьшает количество операций, необходимых для создания запутанности между двумя закодированными кубитами", - объясняют физики-теоретики Николай Фриис и Хендрик Поульсен Наутруп.

Ключевая технология для отказоустойчивых квантовых компьютеров

Решетчатая хирургия считается одним из ключевых методов работы будущих отказоустойчивых квантовых компьютеров. Используя решеточную хирургию, физики во главе с Томасом Монцем и Райнером Блаттом, вместе с физиками-теоретиками Хендриком Поульсеном Наутрупом и Гансом Бригелем из отделения теоретической физики Инсбрукского университета и Николаем Фриисом из Института квантовой оптики и квантовой информации (IQOQI) Австрийской академии наук в Вене, теперь продемонстрировали генерацию запутанности между двумя закодированными кубитами. Это первая экспериментальная реализация неклассических корреляций между топологически закодированными кубитами. Кроме того, исследователи впервые смогли продемонстрировать телепортацию квантовых состояний между двумя закодированными кубитами.

Источник: phys.org

Комментарии: