Исследователи демонстрируют коррекцию ошибок в системе Silicon Qubit

Исследователи из RIKEN в Японии сделали большой шаг на пути к крупномасштабным квантовым вычислениям, продемонстрировав коррекцию ок в трехкубитной системе квантовых вычислений на основе кремния. Эта работа, опубликованная в Природаможет проложить путь к созданию практических квантовых компьютеров.


Квантовые компьютеры сегодня являются горячей областью исследований, поскольку они обещают сделать возможным решение некоторых важных проблем, неразрешимых с помощью обычных компьютеров. Они используют совершенно другую архитектуру, используя состояния наложения, найденные в квантовой физике, а не простые двоичные биты 1 или 0, используемые в обычных компьютерах. Однако, поскольку они разработаны совершенно по-другому, они очень чувствительны к шуму окружающей среды и другим проблемам, таким как декогеренция, и требуют исправления ошибок, чтобы позволить им выполнять точные вычисления.

Сегодня одной из важных задач является выбор систем, которые лучше всего могут выступать в качестве «кубитов» — основных единиц, используемых для выполнения квантовых вычислений. Различные системы-кандидаты имеют свои сильные и слабые стороны. Некоторые из популярных сегодня систем включают в себя сверхпроводящие схемы и ионы, которые имеют то преимущество, что была продемонстрирована некоторая форма исправления ошибок, что позволяет использовать их на практике, хотя и в небольшом масштабе. Квантовая технология на основе кремния, которая только начала развиваться в последнее десятилетие, как известно, имеет преимущество в том, что она использует полупроводниковую наноструктуру, подобную той, которая обычно используется для интеграции миллиардов транзисторов в небольшой чип, и, следовательно, может использовать современные технологии производства.

Тем не менее, одна из основных проблем технологии на основе кремния заключается в том, что в ней отсутствует технология связи с ошибками. Исследователи ранее продемонстрировали контроль над двумя кубитами, но этого недостаточно для исправления ошибок, для чего требуется система с тремя кубитами.

В текущем исследовании, проведенном исследователями из RIKEN Center for Emergent Matter Science и RIKEN Center for Quantum Computing, группа достигла этого подвига, продемонстрировав полный контроль над системой из трех кубитов (одна из крупнейших систем кубитов в кремнии). таким образом, впервые был получен прототип квантовой коррекции ошибок в кремнии. Они достигли этого, внедрив квантовый вентиль типа Тоффоли с тремя кубитами.

По словам Кенты Такеды, первого автора статьи, «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».

По словам Сейго Таруча, руководителя исследовательской группы, «нашим следующим шагом будет масштабирование системы. Мы думаем, что расширение — это следующий шаг. Для этого было бы неплохо работать с группами полупроводниковой промышленности, способными производить квантовые устройства на основе кремния в больших масштабах.