Физики научили кота Шредингера исправлять ошибки квантовых вычислений

Ученые из Университета Йеля совершили прорыв в попытке овладеть важным для работы квантовых компьютеров процессом: коррекцией потока ошибок, которые иногда обнаруживаются среди хрупких битов квантовой информации – кубитов – во время выполнения задач.

У традиционных компьютеров вся информация кодируется либо как 0, либо как 1.

Единственная ошибка, которая может вкрасться в эти вычисления, это bit-flip (смена бита), когда бит информации случайно меняет свое значение. Это можно исправить, заложив устойчивость: три «физических» бита страхуют один несущий информацию бит.

В квантовой системе ошибки могут быть как по причине bit-flip, так и по причине phase-flip, то есть смены фазы, когда кубит случайным образом меняет суперпозицию состояний. До сих пор исследователи пытались исправить эту ошибку путем добавления большей устойчивости, что требовало большего количества кубитов.

Тут-то на сцене и появляется кот Шредингера, запертый в коробке и находящийся одновременно в двух состояниях – живом и мертвом – пока коробку не откроют, https://phys.org/news/2020-08-quantum-error-correcting-cat.h... Phys.org. Ученым пришла в голову мысль, почему бы не закодировать информацию в одной физической системе, так что один тип ошибок можно было бы исключить?

В отличие от нескольких физических кубитов, необходимых для поддержания одного несущего информацию, смену фазы может предотвратить один «кошачий кубит». Он кодирует информативный кубит в суперпозиции двух состояний внутри одной электронной схемы – в данном случае, сверхпроводящего микроволнового резонатора, колебания которого соответствуют двум состояниям кошачьего кубита.

«Всего этого мы добились благодаря применению сигналов сверхвысокой частоты к устройству, которое ненамного сложнее традиционного сверхпроводящего кубита», - пояснил Александер Гримм, соавтор исследования.

Ученые могут менять кошачий кубит по желанию с одного состояния суперпозиции на любое другое. Вдобавок они разработали новый способ чтения – или идентификации – информации, закодированной в кубите. Созданная ими система может стать многофункциональным элементом, полезным для многих аспектов квантовых вычислений.

Это не первый раз, когда йельский коллектив физиков использует кота Шредингера для квантовых исследований. В прошлом году они https://hightech.plus/2019/06/04/fiziki-ielya-nashli-sposob-... с его помощью, как работает квантовый скачок. И получили результаты, которые расходятся с позицией Нильса Бора.