Новые достижения в создании квантового компьютера

  

20 Январь 2025 | Наука

Время на прочтение: 3 минут(ы)

Эдвард Чен и Гуй-И Чжу, ведущие авторы исследования, использовали минимальное количество квантовых вентилей для создания запутанности между двумя наборами кубитов. Ключевым элементом протокола стала коммуникация между измеренными классическими битами и неизмеренными кубитами, что напоминает принцип квантовой телепортации.

В ходе экспериментов учёным удалось с помощью классического декодирования извлечь и стабилизировать квантовый порядок в 54-кубитной системе, несмотря на присутствие шумов. Этот порядок сохранялся до момента достижения так называемого перехода Нишимори — редкого критического фазового перехода, который в классических системах требует точной настройки. Однако в квантовой системе это состояние возникло естественным образом благодаря правилу Борна.

Гуй-И Чжу:

Это первый квантовый эксперимент, использующий правило Борна для создания критического состояния Нишимори без необходимости точной настройки, как в классическом мире.

Результаты исследования могут иметь важное значение для развития квантовых вычислительных систем. IBM Quantum планирует улучшить протокол и разработать новое оборудование уже в ближайшие годы. К 2029 году компания намерена создать высокопроизводительную квантовую систему с возможностью коррекции ошибок.

А теперь перевод 😉

Вместо обычных бит (которые могут быть 0 или 1) квантовый компьютер использует «кубиты», которые могут находиться в суперположении (одновременно и 0 и 1, но с разными вероятностями).

Главная «фишка» квантовых компьютеров — запутанность кубитов. Запутанность — это когда состояние одного кубита тесно связано с состояниями другого (или других), даже если они физически далеко друг от друга. Меняя состояние одного кубита, мы можем «мгновенно» влиять на состояние другого, и это свойство может заметно ускорять вычисления и защищать данные (посредством квантовой коррекции ошибок).

В вышеописанной новости важны три вещи:

Дальний порядок без тонкой настройки.
Обычно, чтобы достигнуть так называемого «критического фазового перехода» (особого состояния системы), нужны очень точные настройки внешних параметров. Условно — чуть сдвинешь ползунок, и всё слетит. Но в квантовой системе, как выяснили учёные, это состояние может возникнуть «само собой» благодаря фундаментальному закону квантовой механики (правилу Борна), без необходимости тонко настраивать систему.

Новый протокол запутанности.
Учёные использовали схему (протокол), которая требует минимального количества «операций» (квантовых вентилей). Важная деталь: результаты измерений одних кубитов (то есть классические нолики и единички, которые мы получили) влияют на другие кубиты, как бы управляя ими — это напоминает принцип квантовой телепортации, где информация о состоянии «перекидывается» с одного места на другое с помощью классического канала связи.

Устойчивость к шуму.
В реальных квантовых компьютерах много шума (помех), и это мешает их стабильной работе. Однако команда ученых смогла сохранить «квантовый порядок» (то есть нужную запутанность) достаточно долго, используя специальные методы декодирования и коррекции. Они «вытаскивали» нужную информацию из измерений, тем самым удерживая систему в целевом состоянии.

Почему создание квантового компьютера — это важно?

Мы приближаемся к системам с достаточной реальной производительностью, что бы достигнуть возможностей практического применения квантовых вычислений. Криптография, моделирование белков и полимеров — это только первое, что приходит в голову. По сути сродни изобретению реактивного двигателя для авиации.

Но не стоит ожидать, что квантовый компьютер окажется у вас на столе. Задач он поможет решить множество, но уж слишком они специфические.
Но, в любом случае, его пока только тестируют. 🙂

N.B.
Если заинтересовала тема, то подробное описание квантового компьютера и принципа его работы есть на Хабре https://habr.com/ru/companies/droider/articles/531708/

Другие позитивные новости науки
На орбите проходит испытание солнечного паруса

---

Источники:
https://t.me/leaveitru/1526
https://phys.org/news/2025-01-quantum-generates-range-entanglement-qubit.html