Продемонстрировав исправление ошибок в квантовом вычислительном устройстве на основе кремния с тремя кубитами, исследователи из RIKEN в Японии добились значительного прогресса в области крупномасштабных квантовых вычислений, способных сделать практические квантовые компьютеры реальностью. Об этом сообщает портал SciTechDaily. Перевод основных положений публикации представлен изданием discover24.ru.
Сегодня квантовые компьютеры становятся все более значимой областью исследований, потому что это обещает решить важные проблемы, которые невозможно преодолеть с помощью обычных компьютеров. Подразумевается, что квантовых вычисления вместо использования в своей основе простых двоичных битов (1 или 0), присущих традиционным компьютерам, применяют состояния суперпозиции квантовой физики.
Однако имеющиеся прототипы квантовых вычислительных устройств из-за их принципиально иной конструкции очень чувствительны к влиянию окружающей среды и в силу других сложностей (таких как декогерентность) нуждаются в исправлении ошибок для выполнения точных вычислений. Сам подбор систем, которые могут служить лучшими «кубитами» – базовыми единицами, необходимыми для выполнения квантовых вычислений, сегодня является весьма серьезной проблемой.
Каждая перспективная система имеет свои преимущества и недостатки. Современные популярные системы включают в себя сверхпроводящие схемы и ионы, преимущество которых состоит в том, что они демонстрируют некоторую коррекцию ошибок, что позволяет использовать их в реальных приложениях, хотя и в ограниченном масштабе.
Квантовая технология на основе кремния, которая только недавно начала разрабатываться, обладает преимуществом в том, что она использует полупроводниковую наноструктуру, сравнимую с той, которая часто используется для интеграции миллиардов транзисторов в компактный чип, и, следовательно, потенциально выигрывает от уже существующих технологий производства.
Тем не менее, одна из основных проблем квантовой технологии на основе кремния заключается в том, что в ней отсутствует надежная коррекция ошибок. Исследователи ранее продемонстрировали контроль над двумя кубитами, но этого было недостаточно для исправления сбоев, поскольку требуется система с тремя кубитами.
В текущем исследовании, проведенном в Японии научными специалистами Института физико-химических исследований (RIKEN), ученые достигли настоящего прорыва, продемонстрировав полный контроль над системой из трех кубитов в кремнии. Таким образом, впервые был получен и полноценный прототип квантовой коррекции ошибок.
По словам Кенты Такеды, первого автора исследования, «идея реализации квантового кода исправления ошибок в квантовых точках была предложена около десяти лет назад, так что это не совсем новая концепция, а серия улучшений материалов, изготовление устройств и методы измерения позволили нам добиться успеха в этом начинании. Мы очень рады, что достигли этого».
Сейго Таруча, руководитель исследовательской группы, считает, что следующим шагом будет масштабирование системы. По его словам, для этого ученым RIKEN было бы желательно работать совместно с исследовательскими группами корпораций полупроводниковой промышленности, способными производить квантовые устройства на основе кремния в больших масштабах.