Квантовые компьютеры все ближе. Ученые впервые продемонстрировали универсальные операции с анионами
Исследователи впервые продемонстрировали полный набор универсальных квантовых операций. Они использовали неабелевые анионы, и это может стать прорывом в создании надежных и безотказных в работе квантовых компьютеров.
Практический квантовый компьютер должен быть способен выполнять любые типы алгоритмов, подобно тому, как обычный ноутбук запускает самые разные программы.
Группа ученых из Чикагского университета, Гарварда, Университета Стоуны-Брук и компании Quantinuum сделала важный шаг к этой цели, создав и протестировав полный набор операций на основе неабелевых анионов.
Результаты их работы, опубликованные в журнале Nature, впервые на практике доказывают универсальность такого подхода для квантовых вычислений.
Главным препятствием на пути к созданию мощных квантовых машин остается их чрезвычайная уязвимость к ошибкам. Обычно для защиты данных инженеры распределяют информацию между многими физическими кубитами, но это не всегда обеспечивает все необходимые для вычисления операции. Для компенсации недостатка команд исследователи часто применяют специальные ресурсы — «магические состояния», получение которых требует сложного и ресурсоемкого процесса дистилляции. Новое исследование доказывает, что использование неабелевых анионов позволяет обойти этот дорогостоящий этап.
В отличие от обычных кубитных систем, неабелевые анионы не существуют в природе как отдельные материальные объекты. Ученые формируют их внутри квантовых схем, запутывая большое количество обычных кубитов в коллективном состоянии, которое ведет себя по уникальным правилам «альтернативной вселенной». Используя процессор на закаленных ионах с 54 запутанными кубитами от Quantinuum, исследователи применили симметрию S3 (соответствующую вращениям и отражениям равностороннего треугольника) и создали соответствующие квазичастицы. Сочетая операции «плетения» и «слияния», команда закодировала топологические кутриты, способные сохранять три уровня информации вместо двух.
Полученные результаты открывают новые возможности не только для построения архитектуры будущих суперкомпьютеров, но и для изучения фундаментальных законов физики. Следующим этапом работы станет интеграция этих операций с системами активной коррекции ошибок, что приблизит к созданию полноценных массовых квантовых машин.