Ученым удалось создать кубит из одного светового импульса, который может исправлять ошибки

Исследователям из университетов Германии, Чехии и Токио удалось сгенерировать логический кубит из одного светового импульса, который обладает способностью исправлять ошибки.

Значительный прогресс достигнут в области квантовых вычислений. Крупные глобальные игроки, такие как Google и IBM, уже предлагают облачные услуги квантовых вычислений. Однако квантовые компьютеры пока не могут помочь с реальными вычислениями, поскольку наличие кубитов или квантовых битов, то есть основных единиц квантовой информации, все еще недостаточно. Одна из причин этого заключается в том, что сами по себе кубиты не могут быть немедленно использованы для запуска квантового алгоритма.

В то время как двоичные биты обычных компьютеров хранят информацию в виде фиксированных значений 0 или 1, кубиты могут одновременно представлять 0 и 1, что приводит к вероятности их значения. Это известно как квантовая суперпозиция. Это делает их очень восприимчивыми к внешним воздействиям, а значит, хранящаяся в них информация может быть легко утеряна. Чтобы гарантировать, что квантовые компьютеры выдают надежные результаты, необходимо создать квантовую запутанность, чтобы объединить несколько физических кубитов в логический кубит. Если один из этих физических кубитов выйдет из строя, остальные кубиты сохранят информацию. Однако одной из основных трудностей, препятствующих разработке функциональных квантовых компьютеров, является большое количество необходимых физических кубитов.

Преимущества фотонного подхода

Чтобы сделать квантовые вычисления жизнеспособными, используется множество различных концепций. Например, крупные корпорации в настоящее время полагаются на сверхпроводящие твердотельные системы, но у них есть тот недостаток, что они функционируют только при температурах, близких к абсолютному нулю. Фотонные концепции, с другой стороны, работают при комнатной температуре. Физическими кубитами здесь обычно служат одиночные фотоны. Эти фотоны, которые в некотором смысле являются крошечными частицами света, по своей природе работают быстрее, чем твердотельные кубиты, но в то же время их легче потерять. Чтобы избежать потерь кубитов и других ошибок, необходимо соединить несколько однофотонных световых импульсов вместе, чтобы построить логический кубит, как и в случае подхода на основе сверхпроводника.

Кубит со способностью исправлять ошибки

Исследователи Токийского университета вместе с коллегами из Университета Йоханнеса Гутенберга в Майнце (Германия) и Университета Палацкого в Оломоуце (Чехия) недавно продемонстрировали новый способ построения фотонного квантового компьютера. Вместо использования одного фотона команда использовала генерируемый лазером световой импульс, который может состоять из нескольких фотонов. «Наш лазерный импульс был преобразован в квантово-оптическое состояние, что дает нам способность исправлять ошибки», — заявил профессор Питер ван Лок из Университета Майнца. «Хотя система состоит только из лазерного импульса и поэтому очень мала, она может – в принципе – немедленно устранять ошибки». Таким образом, нет необходимости генерировать отдельные фотоны в виде кубитов с помощью многочисленных световых импульсов, а затем заставлять их взаимодействовать как логические кубиты. «Нам нужен всего один световой импульс, чтобы получить надежный логический кубит», — добавил ван Лок. Другими словами, в этой системе физический кубит уже эквивалентен логическому кубиту — замечательная и уникальная концепция. Однако логический кубит, экспериментально созданный в Токийском университете, еще не имел достаточного качества, чтобы обеспечить необходимый уровень устойчивости к ошибкам. Тем не менее, исследователи ясно продемонстрировали, что можно преобразовать неуниверсально корректируемые кубиты в корректируемые, используя самые инновационные квантово-оптические методы.

Соответствующие результаты исследования были опубликованы в журнале Science.