Исследователи из IBM Quantum совместно с коллегами из Кёльнского университета и Гарвардского университета успешно продемонстрировали новый протокол дальнодействующей квантовой запутанности на 54-кубитном квантовом компьютере ibm_sherbrooke, работающем на процессоре IBM Eagle мощностью 127 кубит.
В 2022 году учёные из Института теоретической физики Кёльнского университета и физического факультета Гарварда опубликовали теоретический протокол для создания широко изучаемого состояния дальнодействующей запутанности. Эта работа привлекла внимание команды IBM, поскольку имела значение не только для физики конденсированных сред, но и для долгосрочных перспектив квантовой коррекции ошибок.
Эдвард Чен и Гуй-И Чжу, ведущие авторы исследования, использовали минимальное количество квантовых вентилей для создания запутанности между двумя наборами кубитов. Ключевым элементом протокола стала коммуникация между измеренными классическими битами и неизмеренными кубитами, что напоминает принцип квантовой телепортации.
В ходе экспериментов учёным удалось с помощью классического декодирования извлечь и стабилизировать квантовый порядок в 54-кубитной системе, несмотря на присутствие шумов. Этот порядок сохранялся до момента достижения так называемого перехода Нишимори — редкого критического фазового перехода, который в классических системах требует точной настройки. Однако в квантовой системе это состояние возникло естественным образом благодаря правилу Борна.
«Это первый квантовый эксперимент, использующий правило Борна для создания критического состояния Нишимори без необходимости точной настройки, как в классическом мире», — отметил Гуй-И Чжу.
Результаты исследования могут иметь важное значение для развития квантовых вычислительных систем. IBM Quantum планирует улучшить протокол и разработать новое оборудование в ближайшие годы. К 2029 году компания намерена создать высокопроизводительную квантовую систему с возможностью коррекции ошибок.