Квантовые компьютеры стали ближе: учёные показали, как выполнять операции с исправлением ошибок

Исследователи из ETH Zurich, Института Пауля Шеррера и других научных центров продемонстрировали новый метод «хирургии решётки» (lattice surgery) для сверхпроводящих кубитов, который позволяет выполнять квантовые операции между логическими кубитами с одновременной коррекцией ошибок. Работа опубликована в журнале Nature Physics.

Основная проблема квантовых вычислений — декогеренция, вызывающая битовые и фазовые ошибки. Для защиты информации физические кубиты объединяют в логические, применяя непрерывную коррекцию ошибок. Однако выполнение операций (например, гейтов) без внесения новых ошибок было серьёзным препятствием.

Команда под руководством профессора Андреаса Валлраффа использовала поверхностные коды, где информация одного логического кубита распределена по нескольким физическим. В эксперименте один логический кубит был закодирован в 17 физических. В ключевой момент три центральных кубита были измерены, что эффективно разделило систему на две части.

«Конечным результатом этой операции стало то, что у нас появилось два запутанных друг с другом логических кубита», — объясняет соавтор исследования Илья Беседин. Во время разделения продолжалась коррекция битовых ошибок.

Этот метод, известный как «хирургия решётки», является фундаментальной операцией, из которой можно построить другие, включая управляемый вентиль НЕ (CNOT). «Насколько нам известно, это первый случай реализации хирургии решётки на сверхпроводящих кубитах», — отмечает Беседин.

Хотя для полной устойчивости к фазовым ошибкам потребуется 41 физический кубит, данная работа представляет собой важный шаг к созданию масштабируемых и полезных квантовых компьютеров.