Заметное снижение частоты ошибок радикально сокращает необходимость в сложной инфраструктуре для их устранения, создавая основу для компактных, быстрых и эффективных квантовых компьютеров будущего.
Фотография ионной ловушки, созданной командой Оксфордского университета.Источник: phys.org
Группа физиков из Оксфордского университета установила мировой стандарт точности управления одиночным квантовым битом, добившись минимального уровня ошибок при выполнении квантовой логической операции — всего 0,000015% (одна ошибка на каждые 6,7 млн операций). Новый показатель примерно в 10 раз превосходит предыдущий лучший результат, достигнутый теми же учеными около десяти лет назад, пишет Phys.org.
Для понимания масштаба полученных результатов можно привести такую аналогию: вероятность удара молнией конкретного человека в течение года равна одному случаю на 1,2 миллиона, что значительно выше, чем вероятность ошибки отдельного квантового вентиля, разработанного в Оксфорде. Достижение физиков знаменуют собой существенный прорыв на пути к разработке надежных и применимых на практике квантовых вычислительных устройств.
Важность открытия обусловлена необходимостью выполнения миллионов последовательных операций на множестве кубитов для решения сложных задач. Высокий процент погрешностей делает полученные результаты некорректными. Хотя механизм коррекции ошибок существует, он требует значительных ресурсов и большого числа дополнительных кубитов. Новая технология снижает частоту ошибок, уменьшая потребность в избыточных элементах, снижая общие затраты и габариты будущих квантовых машин.
Высокая точность манипулирования кубитами полезна не только для вычислительной техники, но и для других перспективных направлений квантовых технологий, включая сверхточные часы и высокочувствительные датчики.
Рекордный уровень точности был достигнут благодаря использованию захваченного иона кальция в роли кубита. Выбор кальция объясняется высокой стабильностью и длительным временем сохранения состояния, делающими его идеальным кандидатом для квантовых приложений. Вместо традиционных методов контроля состояний с помощью лазеров, оксфордская команда использовала электронные микроволновые сигналы.
Фотография ионной ловушки, созданной командой Оксфордского университета.Источник: phys.org
Электронное управление демонстрирует ряд преимуществ по сравнению с лазерным: оно устойчивее, проще интегрируется в конструкцию ионных ловушек, а также обходится значительно дешевле и долговечнее. Более того, эксперименты проводились при обычной комнатной температуре и без специальной магнитной изоляции, что облегчает техническую реализацию и снижает эксплуатационные расходы для реальных квантовых устройств.
Ранее наилучший результат, установленный командой Оксфорда еще в 2014 году, демонстрировал одну ошибку на каждый миллион операций с отдельным кубитом. Успехи ученых впоследствии привели к созданию в 2019 году специализированной компании Oxford Ionics, ставшей ведущим разработчиком инновационных решений на основе технологии захвата ионов.
Визуализация ионной ловушки, разработанной командой Оксфордского университета.Источник: phys.org
Авторы подчеркивают, что достижение нового рекорда — это лишь первый шаг на длинном пути. Полноценные квантовые вычисления предполагают одновременную работу как однокубитных, так и двухкубитных элементов. Сегодня двухкубитные элементы демонстрируют значительно худшую статистику ошибок — примерно одно ошибочное срабатывание на две тысячи операций даже в лучших современных образцах. Дальнейшая оптимизация качества двухкубитных вентилей станет критически важной задачей для разработки действительно защищенных и полноценных квантовых компьютеров.
Тем временем консорциум в составе CSC (Финляндия), SURF (Нидерланды) и Nokia достиг рекордной скорости передачи данных — 1,2 терабита в секунду на расстояние 3500 километров. Подробнее об этом достижении рассказали в другом материале Hi-Tech Mail.