Ошибки квантовых компьютеров являются препятствием для их широкого использования. Но группа ученых утверждает, что с помощью атома сурьмы и мыслительного эксперимента «Кот Шрёдингера» они могли найти способ остановить их. Ученые использовали знаменитый мнимый эксперимент «кот Шрёдингера», чтобы найти способ устранить ошибки с будущих квантовых компьютеров.
Новый метод кодирует квантовую информацию на атоме сурьмы, имеющем восемь возможных состояний, позволяющих безопаснее хранить данные, чем в стандартном кубите с двумя состояниями или квантовом бите. Этот прорыв является жизненно важным шагом в уменьшении вероятности возникновения ошибок в квантовых системах, а когда они случаются, облегчает их обнаружение и исправление, что является ключевым препятствием для развития квантовых компьютеров. Исследователи опубликовали свои выводы в среду (14 января) в журнале Nature Physics.
Впервые разработанный физиком Эрвином Шредингером в 1925 году, его мыслительный эксперимент наглядно описывает странные правила квантового мира, представляя коту, помещенному внутрь непрозрачной коробки с флаконом с ядом, механизм открытия которого контролируется радиоактивным распадом — совершенно случайным квантовым процессом.
Шредингер утверждал, что пока коробку не откроют и не будут наблюдать за котом, правила квантовой механики означают, что несчастный кошачий будет существовать в суперпозиции состояний, в то же время мертвый и живой.
В случае кубита квантовая информация, касающаяся состояний 0 или 1 классического компьютера, может быть закодирована в состояниях «раскрутка вверх» и «раскрутка вниз» атома – спин – это собственный угловой момент атома. фундаментальная частица. Но если шум в квантовом компьютере влечет за собой внезапное изменение вращения (как это часто бывает), квантовое состояние будет потеряно, создавая ошибку и уничтожая информацию внутри.
Чтобы обойти эту проблему, исследователи нового исследования встроили в кремниевый квантовый чип атом сурьмы, имеющий восемь разных направлений вращения. Шесть дополнительных направлений вращения атома сурьмы (полученные составной природой атома, добавляющей несколько отдельных спинов) означают, что в отличие от системы с двумя спиновыми состояниями одной ошибки недостаточно, чтобы уничтожить закодированную информацию. «Как говорит пословица, у кошки девять жизней. Одной маленькой царапины недостаточно, чтобы ее убить», – соавтор Бенджамин Вильгельм, докторант по электротехнике и телекоммуникациям в Университете Нового Южного Уэльса (UNSW) в Австралии. говорится в заявлении. «У нашего метафорического «кита» семь жизней: понадобится семь последовательных ошибок, чтобы превратить «0» в «1»!»
С помощью этой системы исследователи говорят, что теперь они будут работать над демонстрацией метода выявления и исправления ошибок в чипе, подвиг, который считается «Святым Граалем» в сфере квантовых вычислений.
«Если происходит ошибка, мы ее сразу обнаруживаем и можем исправить ее до того, как ошибки накопятся дальше. Продолжая метафору «кота Шрёдингера», это будто мы видим, как наш кот возвращается домой с большой царапиной на морде», – сказал в заявлении автор Андреа Морелло, профессор электротехники и квантовой физики в UNSW. «Он далеко не мертв, но мы знаем, что он принялся за драку; мы можем пойти и найти, кто вызвал драку, прежде чем это повторится и наш кот получит еще больше травм».