Оксфордские учёные установили мировой рекорд в области квантовой точности, допустив всего одну ошибку на 6,7 миллиона операций с использованием ионов, управляемых микроволнами.
Это достижение может значительно уменьшить размер и стоимость будущих квантовых компьютеров.
Физики из Оксфордского университета установили новый мировой рекорд по точности управления квантовым битом, или кубитом. Они добились самого низкого уровня ошибок, когда-либо измерявшегося в ходе операций квантовой логики: всего 0,000015 процента. Это всего одна ошибка на 6,7 миллиона операций! Это почти в десять раз лучше предыдущего рекорда, который был установлен той же командой десять лет назад.
Для сравнения: в этом году вероятность того, что в вас ударит молния (1 к 1,2 миллиона), выше, чем вероятность того, что один из квантовых вентилей Оксфорда совершит ошибку.
На пути к Практическим квантовым вычислениям
Результаты исследования, недавно опубликованные в Physical Review Letters, являются важным шагом на пути к созданию надёжных и полезных квантовых компьютеров.
«Насколько нам известно, это самая точная операция с кубитами, когда-либо зарегистрированная в мире, — сказал профессор Дэвид Лукас, соавтор статьи, с факультета физики Оксфордского университета. — Это важный шаг на пути к созданию практических квантовых компьютеров, способных решать реальные задачи».
Чтобы выполнить полезные вычисления на квантовом компьютере, необходимо провести миллионы операций с множеством кубитов. Это означает, что при слишком высоком уровне ошибок конечный результат вычислений будет бессмысленным. Хотя для исправления ошибок можно использовать коррекцию ошибок, для этого потребуется гораздо больше кубитов. Новый метод позволяет снизить количество ошибок, а значит, и количество необходимых кубитов, и, следовательно, стоимость и размер самого квантового компьютера.
Меньше кубитов — меньше машин
Соавтор исследования Молли Смит (аспирантка физического факультета Оксфордского университета) сказала: «Значительно снижая вероятность ошибки, эта работа существенно уменьшает потребность в инфраструктуре для исправления ошибок, открывая путь к созданию более компактных, быстрых и эффективных квантовых компьютеров в будущем. Точное управление кубитами также будет полезно для других квантовых технологий, таких как квантовые часы и квантовые датчики».
Такой беспрецедентный уровень точности был достигнут благодаря использованию в качестве кубита (квантового бита) захваченного иона кальция. Такие ионы являются естественным выбором для хранения квантовой информации благодаря их долговечности и надёжности. В отличие от традиционного подхода, в котором используются лазеры, команда из Оксфорда управляла квантовым состоянием ионов кальция с помощью электронных (микроволновых) сигналов.
Микроволны вместо лазеров
Этот метод обеспечивает более высокую стабильность, чем лазерное управление, а также имеет другие преимущества для создания практического квантового компьютера. Например, электронное управление намного дешевле и надёжнее лазерного, а также его проще интегрировать в чипы для ионной ловушки. Кроме того, эксперимент проводился при комнатной температуре и без магнитного экранирования, что упрощает технические требования к работающему квантовому компьютеру.
Предыдущий рекорд по частоте ошибок в одном кубите также был достигнут командой из Оксфорда в 2014 году составлял 1 случай на 1 миллион. Опыт этой группы привел к созданию дочерней компании Oxford Ionics в 2019 году, которая стала признанным лидером в области высокопроизводительных платформ на основе кубитов с захваченными ионами.
Более серьезная задача Впереди
Хотя этот рекордный результат является важной вехой, исследовательская группа предупреждает, что это лишь часть более масштабной задачи. Для квантовых вычислений необходимо, чтобы однокубитные и двухкубитные вентили работали вместе. В настоящее время двухкубитные вентили по-прежнему имеют значительно более высокий уровень ошибок — около 1 к 2000 в лучших на сегодняшний день демонстрациях, — поэтому его снижение будет иметь решающее значение для создания полностью отказоустойчивых квантовых машин.