Прорыв в области кота Шредингера может стать «Святым Граалем» квантовых вычислений, сделав их безошибочными
Ученые использовали знаменитый мысленный эксперимент «Кот Шредингера», чтобы придумать способ устранения ошибок в будущих квантовых компьютерах.
Новый метод кодирует квантовую информацию в атоме сурьмы, который имеет восемь возможных состояний, что позволяет хранить данные более безопасно, чем в стандартном двухстадийном кубите, или квантовом бите.
Прорыв является важным шагом в снижении вероятности возникновения ошибок в квантовых системах, а когда они случаются, их более легко обнаруживать и исправлять — ключевое препятствие для разработки квантовых компьютеров. Исследователи опубликовали свои выводы в среду (14 января) в журнале Nature Physics.
Впервые придуманный физиком Эрвином Шредингером в 1925 году, его мысленный эксперимент выразительно описывает странные правила квантового мира, представляя кота, помещенного в непрозрачную коробку с пузырьком с ядом, механизм открытия которого управляется радиоактивным распадом — совершенно случайным квантовым процессом.
Шредингер утверждал, что до тех пор, пока ящик не открыт и за кошкой не наблюдают, правила квантовой механики означают, что несчастная кошка будет существовать в суперпозиции состояний, одновременно мертвая и живая.
В случае кубита квантовая информация, относящаяся к состояниям 0 или 1 классического компьютера, может быть закодирована в состояниях «спин вверх» и «спин вниз» атома, где спин представляет собой собственный угловой момент фундаментальной частицы.
Но если шум внутри квантового компьютера приведет к внезапному изменению этого спина (что часто случается), квантовое состояние будет потеряно, что приведет к ошибке и уничтожению информации внутри.
Чтобы обойти эту проблему, исследователи, стоящие за новым исследованием, поместили атом сурьмы, имеющий восемь различных направлений спина, внутрь кремниевого квантового чипа. Шесть дополнительных направлений спина атома сурьмы (полученные благодаря составной природе атома, которая добавляет несколько индивидуальных спинов) означают, что, в отличие от системы с двумя спиновыми состояниями, одной ошибки недостаточно, чтобы уничтожить закодированную информацию.
«Как гласит пословица, у кошки девять жизней. Одной маленькой царапины недостаточно, чтобы убить ее», —
сказал в своем заявлении соавтор
Бенджамин Вильгельм, докторант по электротехнике и телекоммуникациям в Университете Нового Южного Уэльса (UNSW) в Австралии
. «У нашей метафорической «кошки» семь жизней: чтобы превратить «0» в «1», потребуется семь последовательных ошибок!»
Исследователи говорят, что, создав эту систему, они теперь будут работать над демонстрацией метода обнаружения и исправления ошибок в своем чипе, что считается «Святым Граалем» в области квантовых вычислений.
«Если происходит ошибка, мы сразу ее обнаруживаем и можем исправить ее, прежде чем накапливаются новые ошибки. Продолжая метафору «кота Шредингера», это как если бы мы увидели, как наш кот возвращается домой с большой царапиной на морде», — сказал в заявлении соавтор Андреа Морелло, профессор электротехники и квантовой физики в UNSW. «Он еще далек от смерти, но мы знаем, что он подрался; мы можем пойти и найти того, кто затеял драку, прежде чем это повторится и наш кот получит новые травмы».
Прочитайте что такое взгляд в будущее
Читайте ещё статьи из Рубрики: инновации-технологии-наука