Google Quantum AI реализовала три динамические схемы поверхностного кода для квантовых компьютеров

Исследователи из Google Quantum AI успешно продемонстрировали реализацию поверхностного кода — известной методики квантовой коррекции ошибок (QEC) — с использованием трёх различных динамических схем. Их работа, опубликованная в Nature Physics, открывает новые возможности для практического применения поверхностного кода и может способствовать созданию более надёжных квантовых компьютеров.

Квантовые компьютеры, использующие кубиты, принципиально более подвержены ошибкам из-за воздействия шума из окружающей среды. Задача квантовой коррекции ошибок — обнаруживать и исправлять эти ошибки, что необходимо для создания отказоустойчивых квантовых систем.

Поверхностный код, который изучался ранее, организует кубиты в двумерную решётку и периодически проверяет их на наличие сбоев. Новая работа основана на более раннем теоретическом предложении Мэтта Макьюэна, показавшем, что существуют разные способы реализации этого кода.

Три успешные реализации

Команда продемонстрировала три типа динамических схем:

«Шестиугольная схема» (hex circuit) перестраивает стандартную схему поверхностного кода для работы на шестиугольной, а не квадратной решётке. Это снижает сложность изготовления и управления, так как каждый кубит имеет только трёх соседей.

Схема «iSWAP» использует иной тип запутывающих вентилей (iSWAP) вместо стандартных CZ-вентилей. Эти вентили проще в выполнении и не создают ошибок утечки, характерных для CZ, хотя и подвержены ошибкам другого типа (CPHASE). Эксперимент показал, что iSWAP хорошо работает даже на устройствах, изначально оптимизированных под CZ.

«Бродячая схема» (walking circuit) позволяет физическим кубитам, составляющим код, менять роли, «перемещая» защищённую квантовую информацию по устройству. Этот подход оставляет ошибки утечки позади, где их можно устранить, и открывает новые возможности для компиляции логических алгоритмов.

Результаты и перспективы

Тестирование показало значительное улучшение в подавлении ошибок: шестиугольная схема усилила подавление в 2,15 раза, бродячая — в 1,69 раза, а схема iSWAP — в 1,56 раза.

«Главный вывод нашей работы — подтверждение того, что эти реализации динамических схем работают в реальности», — заявил Мэтт Макьюэн.

Исследователи также применили новую методику «бюджетирования детекторов» — простой аналитический способ оценки влияния различных ошибок компонентов на общую логическую производительность.

В будущем команда планирует эксперименты с ещё более сложными схемами, включая схемы на основе框架 LUCI, которые смогут адаптироваться к неисправным компонентам на устройстве.

Источник: Alec Eickbusch et al, Demonstration of dynamic surface codes, Nature Physics (2025). DOI: 10.1038/s41567-025-03070-w.