Учёные продемонстрировали устойчивые к ошибкам квантовые вентили с использованием экзотических анионов

Фибоначчиевы анионы: создание пар анионов и подтверждение их зарядов. Автор: Nature Communications (2025). DOI: 10.1038/s41467-025-61493-8

Квантовая революция становится всё ближе, но необходимость в компьютере, способном исправлять ошибки, продолжает сдерживать прогресс.

Благодаря сотрудничеству с IBM под руководством Корнеллского университета, исследователи сделали важный шаг вперёд, достигнув двух ключевых прорывов. Во-первых, они продемонстрировали устойчивую к ошибкам реализацию универсальных квантовых вентилей — основных строительных блоков квантовых вычислений. Во-вторых, они показали возможности топологического квантового компьютера в решении сложных задач, недоступных для классических компьютеров.

В статье «Реализация конденсации струнных сетей: заплетение фибоначчиевых анионов для универсальных вентилей и выборки хроматических полиномов», опубликованной в Nature Communications, международная группа учёных из IBM, Корнеллского университета, Гарварда и Института Вейцмана впервые продемонстрировала возможность кодирования информации с помощью заплетения экзотических квазичастиц — фибоначчиевых анионов — в двумерном пространстве.

«Это действительно первый шаг к универсальному топологическому квантовому вычислению, или отказоустойчивым вычислениям», — заявила соавтор исследования Юн-А Ким, профессор физики имени Ханса Бете.

«Двумерность критически важна для устойчивости к ошибкам. Если работать только в одном измерении, такой потенциал отсутствует», — добавил соавтор Чао-Мин Цзянь, доцент физики.

Исследователи проверили свой метод на известной сложной задаче, а не на искусственно созданной для эксперимента. На малом масштабе они смогли проверить результаты квантового компьютера с помощью классического, подтвердив принципиальную работоспособность.

Выбранная задача касалась хроматических полиномов, связанных с подсчётом раскрасок графов. Классические компьютеры могут справиться с простыми графами, но при увеличении числа узлов и связей расчёты становятся невозможными из-за экспоненциального роста вариантов.

Предложенный протокол масштабируем, поэтому другие исследователи смогут повторить эксперимент на более крупных системах.

«Кто-то может последовать нашему протоколу и сделать то, что классически невозможно. Мы бросаем вызов всем», — сказала Ким.

Работа потребовала объединения усилий учёных из академии и индустрии. «Исследователи IBM сыграли ключевую роль в понимании теории топологического состояния и разработке протокола для его реализации на квантовом компьютере», — отметила Ким.

Дополнительная информация: Zlatko K. Minev et al, Realizing string-net condensation: Fibonacci anyon braiding for universal gates and sampling chromatic polynomials, Nature Communications (2025). DOI: 10.1038/s41467-025-61493-8