Ученые утверждают, что им удалось решить десятилетнюю проблему, которая может приблизить концепцию «квантового жесткого диска» к реальности.
Решение включало разработку нового типа системы коррекции ошибок для стабилизации кубитов — строительных блоков квантовой информации — от помех, что позволило преодолеть главное препятствие, стоящее на пути разработки практических квантовых компьютеров .
Исследователи в новом исследовании, опубликованном 4 ноября в журнале Nature Communications , утверждают, что при успешном масштабировании эта технология может проложить путь к созданию высокоэффективных систем квантовой памяти, способных хранить огромные объемы квантовых данных.
«Это достижение имеет решающее значение для разработки масштабируемых квантовых компьютеров, поскольку оно позволяет создавать более компактные системы квантовой памяти», — говорится в заявлении исследователей . «Сокращая накладные расходы на физические кубиты, результаты прокладывают путь к созданию более компактного «квантового жесткого диска» — эффективной системы квантовой памяти, способной надежно хранить огромные объемы квантовой информации».
По теме: Будут ли у нас когда-нибудь квантовые ноутбуки?
Одной из самых больших проблем квантовых вычислений является управление ошибками, которые нарушают вычисления.
Квантовые компьютеры полагаются на кубиты, крошечные единицы квантовой информации, подобные битам в классических компьютерах, которые невероятно чувствительны к возмущениям окружающей среды, таким как изменения температуры и электромагнитные помехи. Даже незначительные нарушения тонкого квантового состояния кубита могут привести к потере данных и ошибкам в квантовых системах.
В течение многих лет исследователи работали над способами поддержания стабильности этих кубитов и квантовых данных, которые они содержат. Исправление ошибок в квантовых системах обычно достигается путем организации кубитов в решетчатую структуру, которая следует топологическому «коду». Цель состоит в том, чтобы выиграть «гонку вооружений», используя как можно меньше физических кубитов для управления ошибками по мере их возникновения, объяснили исследователи.
Однако современные методы трехмерной коррекции ошибок могут обрабатывать ошибки только вдоль одной линии кубитов, что ограничивает количество ошибок, с которыми они могут справиться по мере роста системы. Исследователи преодолели эту проблему, разработав архитектуру коррекции ошибок, которая использует трехмерную решетку кубитов, организованную топологическим кодом, что позволяет исправлять ошибки по двумерным поверхностям внутри трехмерной структуры, а не только в одном измерении.
По словам исследователей, эта структура может обрабатывать больше ошибок по мере роста системы, исправляя их на более широких двумерных поверхностях в трехмерной решетке, что позволяет ей масштабироваться более эффективно.
«На пути разработки универсального квантового компьютера все еще предстоит преодолеть значительные препятствия. Одно из самых больших заключается в том, что нам необходимо использовать большую часть кубитов — квантовых переключателей, лежащих в основе машин, — чтобы подавлять ошибки, которые естественным образом возникают в рамках технологии», — сказал в своем заявлении ведущий автор
Доминик Уильямсон , научный сотрудник из Нано института и Школы физики Сиднейского университета.
«Наша предлагаемая квантовая архитектура потребует меньше кубитов для подавления большего количества ошибок, высвобождая больше ресурсов для полезной квантовой обработки».
Профессор Стивен Бартлетт , квантовый теоретик и директор Нано института Сиднейского университета, добавил в своем заявлении: «Это достижение может помочь преобразовать способ создания и эксплуатации квантовых компьютеров, сделав их более доступными и практичными для широкого спектра приложений — от криптографии до сложного моделирования квантовых много частичных систем».