Логический, безошибочный кубит, созданный из одного атома

Вычисления

Редакция сайта «Технологические инновации» — 1 сентября 2025 г.

Это достижение позволяет масштабировать квантовые компьютеры до очень большого количества кубитов. [Изображение: Эмма Хайд/Сиднейский университет]

Физические кубиты и логические кубиты

Новый квантовый логический вентиль, фундаментальный вычислительный элемент в квантовых вычислениях , может изменить подход инженеров к расширению вычислительной мощности квантовых компьютеров.

Кубиты чрезвычайно чувствительны к помехам и шуму, которые генерируют ошибки и вынуждают многократно выполнять одно и то же вычисление. Решением этой проблемы является использование так называемых логических кубитов — единиц кодированной информации, сформированных из нескольких физических кубитов в зависимости от кода коррекции ошибок. Выборка нескольких физических кубитов позволяет логическому кубиту устранить большую часть помех, уменьшая количество ошибок.

Для повышения мощности квантовых компьютеров требуется больше кубитов. Но по мере увеличения числа полезных (или логических) кубитов, количество требуемых физических кубитов увеличивается ещё больше, что уже стало инженерным кошмаром.

Василий Мацос и его коллеги из Сиднейского университета в Австралии разработали новый тип квантового логического вентиля, который значительно сокращает количество физических кубитов, необходимых для согласованной работы каждого логического кубита.

Реализация универсальной вентильной матрицы в ионной ловушке с логическими состояниями GKP. [Изображение: VG Matsos et al. - 10.1038/s41567-025-03002-8]

GKP Кубиты

Это достижение стало возможным благодаря построению логического вентиля путем запутывания квантовых колебаний в пределах одного атома и использования кода коррекции ошибок, называемого GKP (Готтесман-Китаев-Прескилл), но более известного как «Розеттский камень» квантовых вычислений.

Такое название обусловлено тем, что архитектура преобразует плавные, непрерывные квантовые колебания в чистые, почти цифровые дискретные состояния, что упрощает обнаружение и исправление ошибок и, что особенно важно, позволяет реализовать очень компактный способ кодирования логических кубитов.

Код GKP известен уже много лет, но до сих пор он оставался лишь теоретической возможностью сокращения количества физических кубитов, необходимых для создания функционального логического кубита. Поскольку эта технология предполагает отказ от эффективности ради сложности, контролировать коды становится очень сложно.

Решение было найдено именно за счет использования собственных колебаний захваченного иона (заряженного атома иттербия) для хранения кодов GKP и, впервые, создания квантовых запутанных вентилей между этими колебаниями.

«Наши эксперименты продемонстрировали первую реализацию универсального набора логических вентилей для кубитов GKP», — сказал профессор Тингрей Тан. «Мы добились этого, точно управляя собственными колебаниями, или гармоническими колебаниями, захваченного иона, что позволяет нам манипулировать отдельными кубитами GKP или объединять их в пары. Демонстрируя универсальные квантовые вентили с использованием этих кубитов, мы создаём основу для работы над крупномасштабной квантовой обработкой информации с высокой аппаратной эффективностью».

Другие новости о:

Больше тем