Точность квантовых вычислений превысила 99% сразу в трёх исследованиях

Австралийские исследователи доказали, что практически безошибочные квантовые вычисления возможны. Точность перешагнула порог в 99%.

Теперь, когда ошибки настолько редки (1%), их можно обнаружить и исправить. А значит, появилась возможность создавать квантовые компьютеры, которые имеют достаточную мощность для выполнения значимых вычислений.

Для создания кремниевого наноэлектронного устройства использовались методы, совместимые с отраслевыми стандартами для существующих компьютерных чипов.
Для создания кремниевого наноэлектронного устройства использовались методы, совместимые с отраслевыми стандартами для существующих компьютерных чипов.

Три группы учёных, независимо друг от друга, провели исследования, результаты которых подтверждают, что квантовые вычисления вышли на новый уровень, достигнув небывалой точности:

  • Группа Морелло из университета Нового Южного Уэльса (UNSW) в Австралии добилась точности работы с одним кубитом до 99,95%, а с двумя кубитами – до 99,37%. Использовалась трехкубитная система, состоящая из электрона и двух атомов фосфора, введенных в кремний посредством ионной имплантации.

  • Команда из Делфта в Нидерландах под руководством Ливена Вандерсипена достигла 99,87% точности с 1кубитом и 99,65% с 2 кубитами, используя кремниевые и кремний-германиевые наноструктуры с квантовыми точками (Si/SiGe).

  • Команда RIKEN в Японии под руководством Сейго Таруча также достигла точности 99,84% для 1 кубита и 99,51% для 2 кубитов в двухэлектронной системе с использованием квантовых точек Si/SiGe.

    Визуализация трехкубитной системы UNSW, которая может выполнять операции с точностью более 99%. 
    Визуализация трехкубитной системы UNSW, которая может выполнять операции с точностью более 99%. 

Команды Университета Нового Южного Уэльса и Делфта сертифицировали производительность своих квантовых процессоров с использованием сложного метода, называемого томографией с гейт-сетом, разработанную в Sandia National Laboratories в США и открытую для исследовательского сообщества.

Морелло ранее продемонстрировал, что он может сохранять квантовую информацию в кремнии в течение 35 секунд из-за крайней изоляции спинов ядер от окружающей среды.

Три кубита могут быть подготовлены в квантово-запутанном состоянии, что раскрывает экспоненциальную мощь квантовых компьютеров.
Три кубита могут быть подготовлены в квантово-запутанном состоянии, что раскрывает экспоненциальную мощь квантовых компьютеров.

В квантовом мире 35 секунд — это целая вечность. Для сравнения, в знаменитых сверхпроводящих квантовых компьютерах Google и IBM время жизни информации составляет около ста микросекунд — почти в миллион раз меньше.

Но вынужденный компромисс заключался в том, что изоляция кубитов делала невозможным их взаимодействие друг с другом, а это необходимо для выполнения реальных вычислений.

Спины ядер спины учатся взаимодействовать

Теперь команда учёных преодолела эту проблему благодаря использованию электрона, окружённого двумя ядрами атомов фосфора. Если два ядра соединены с одним и тем же электроном, их можно заставить выполнять квантовую операцию.

Система с тремя кубитами. Электрон может легко переплетаться с другими электронами или перемещаться по чипу. 
Система с тремя кубитами. Электрон может легко переплетаться с другими электронами или перемещаться по чипу. 

Пока вы не управляете электроном, ядра безопасно хранят свою квантовую информацию. Но теперь есть возможность заставить их общаться друг с другом через электрон, чтобы реализовать универсальные квантовые операции, которые можно адаптировать к любой вычислительной задаче.

Если переплести спины ядер с электроном, электрон можно будет перемещать в другое место и далее переплетать его с другими ядрами кубитов, открывая путь к созданию больших массивов кубитов, способных к надежным и полезным вычислениям.

Атомы фосфора были введены в кремниевый чип с помощью ионной имплантации, того же метода, который используется во всех существующих кремниевых компьютерных чипах. Это гарантирует, что новый квантовый прорыв легко внедрится в актуальную полупроводниковую промышленность.

Все существующие компьютеры используют ту или иную форму исправления ошибок и избыточности данных, но законы квантовой физики накладывают серьезные ограничения на то, как происходит коррекция в квантовом компьютере. Обычно для применения протоколов квантовой коррекции ошибок требуется частота ошибок ниже 1 процента. Ранее это было недостижимо, но теперь путь открыт. Полупроводниковые спиновые кубиты в кремнии имеют все шансы стать предпочтительной платформой для создания надежных квантовых компьютеров. 

Читайте так же:

  • Заполнение сайта статьямиЗаполнение сайта статьями Архивы изображений и смоделированных продуктов данных. Полученных с помощью программ дистанционного зондирования с высоким временным разрешением. Обеспечивают мощные ресурсы для характеристики межгодовой и внутригодовой динамики окружающей среды. Впечатляющая глубина имеющихся […]
  • Бестселлеры Xiaomi не в лидерах. Лучшие фитнес-браслеты по версии РоскачестваБестселлеры Xiaomi не в лидерах. Лучшие фитнес-браслеты по версии Роскачества Роскачество обновило рейтинг фитнес-браслетов. Состоящий из 14 моделей шести брендов: Fitbit, Huawei. Garmin, Samsung. Honor и Xiaomi. По сравнению с прошлой версией рейтинга. Были протестированы ещё 5 моделей и сразу две из них попали в лидеры. Интересно, что среди лидеров по […]
  • Как прошел 2021 год на Хабр КарьереКак прошел 2021 год на Хабр Карьере Пришло время подвести итоги 2021 года и проводить его со всеми почестями! Мы делали все, чтобы Хабр Карьера похорошела, расцвела и обросла новыми функциями. Параллельно успевали проводить исследования, выпускать полезные статьи и много чего еще. Let’s dive in!Продуктовая частьВ этом году […]
  • Создание и опыт использования клавиатуры Dactyl LightCycleСоздание и опыт использования клавиатуры Dactyl LightCycle ВступлениеЕсли вы работаете за клавиатурой целыми днями, скорее всего, вам знакома ноющая боль в запястьях, которая постепенно перерастает в адские муки. Всему виной примитивная, неэргономичная форма клавиатуры, которая вынуждает вас держать кисти в неестественном и неудобном положении. […]