1966
Міжнародна команда фізиків з Бразилії та Китаю запропонувала спосіб зчитувати квантову інформацію з кубітів, майже не руйнуючи її. Підхід, описаний у журналі Physical Review B і представлений на ресурсі Interesting Engineering, дає змогу обійтися без допоміжних кубітів, які зазвичай потрібні для недеструктивних вимірювань.
Чому читати кубіти так складно
Кубіти, на відміну від класичних бітів, можуть одночасно перебувати в безлічі станів між 0 і 1. Саме це робить квантові обчислення такими потужними, але й надзвичайно чутливими до будь-яких зовнішніх впливів.
Щоб зменшити кількість помилок, потрібно час від часу перевіряти, який стан має кубіт. Однак саме вимірювання зазвичай руйнує або змінює цей стан, що створює серйозну проблему для побудови надійних квантових процесорів.
Для її розв’язання раніше розробили методи недеструктивного вимірювання, які використовують допоміжні кубіти — анцили. Інформацію спершу переносять на анцилу, а вже потім зчитують. Це зменшує руйнування основного кубіта, але робить систему складнішою і повільнішою.
Андрєєвські кубіти та суперструм
Команда під керівництвом Жозе Карлоса Егеса (Jose Carlos Egues) з Інституту фізики Університету Сан-Паулу (IFSC-USP) та Юґуя Яо (Yugui Yao) з Пекінського інституту технологій звернулася до так званих Андрєєвських кубітів.
Андрєєвські стани, названі на честь радянського фізика Олександра Андрєєва, виникають на межі між звичайним провідником і надпровідником у наномасштабній області. У цих станах можна кодувати 0, 1 та їхні суперпозиції, тож вони можуть слугувати кубітами.
У надпровідних системах існує ще одне явище — суперструм, коли електричний струм тече без опору. Дослідники вбудували Андрєєвський кубіт у замкнене надпровідне коло та розмістили поруч SQUID — надпровідний квантовий інтерференційний пристрій, чутливий до дуже слабких магнітних полів.
Коли через коло протікає суперструм, SQUID реєструє зміни магнітного поля й дає змогу простежити, як поводиться струм. Виявилося, що суперструм має дві складові: постійну та таку, що флуктуює.
Вимірювання цих компонент дозволяє визначити, яка частка станів 0 і 1 входить до суперпозиції, а також їхнє фазове співвідношення. Разом це еквівалентно знанню повного квантового стану кубіта.
Як зчитати стан і майже не зіпсувати його
Егес порівнює систему з двома компасами: кубіт — це один компас, а SQUID — інший. Струм у колі створює магнітне поле, а SQUID «відчуває» це поле. Оскільки зв’язок між ними дуже слабкий, вплив вимірювального приладу на кубіт залишається мінімальним.
У квантовій механіці будь-яке вимірювання неминуче змінює стан системи, і новий підхід не є винятком. Пристрій, який пропонує команда, також зворотно впливає на кубіт і змінює його стан.
Однак у чисельних моделюваннях дослідників ці зміни виявилися настільки малими, що ними можна знехтувати. Досягнута точність становила 99,52 %, 99,81 % та 99,85 % залежно від режиму роботи, тобто результати залишаються в межах статистичної похибки.
За словами Егеса, метод не усуває фундаментальну проблему квантового вимірювання, але наближається до межі недеструктивного зчитування і водночас дозволяє обійтися без анцил, які потрібні в інших протоколах.
Крок до складніших квантових систем
Ще одна перевага підходу полягає в тому, що після вимірювання немає потреби щоразу повертати кубіт у початковий стан. Це може спростити роботу з великими квантовими системами та прискорити виконання обчислень.
Автори роботи вважають, що їхній метод може стати основою для створення більш просунутих квантових пристроїв, де стан кубітів потрібно контролювати часто, але з мінімальним руйнуванням інформації.
Суперструм дозволяє зчитувати кубіти майже без руйнування даних з’явилася спочатку на Цікавості.
