Квантовая коррекция ошибок преодолела ключевой рубеж
Учёные Научно-технического университета Китая впервые добились в ионной ловушке многократной автоматической коррекции квантовых ошибок: исправленный логический бит хранит информацию дольше лучшего физического
Обычно квантовые ошибки сначала измеряют и затем исправляют по результату, что сильно усложняет эксперимент; здесь обошлись без измерений и обратной связи. Опыт поставили на двух ионах кальция-40: четыре уровня энергии одного иона хранили логический бит, второй ион был вспомогательным, а их общие колебания служили каналом, по которому уходит энтропия — «беспорядок», внесённый ошибками.
Код коррекции рассчитан на ошибки фазы, вызванные колебаниями магнитного поля. Когда шум вносит ошибку, лазерные импульсы возвращают логический бит в рабочее состояние, а энтропию ошибки передают общим колебаниям ионов. Затем вспомогательный ион охлаждают, он забирает лишнюю энергию колебаний, и система готова к следующему циклу. Повторяя такие циклы, можно непрерывно защищать квантовую информацию от помех.
Коррекция приносит пользу, только если исправленный логический бит хранит информацию дольше лучшего физического, — это «точка безубыточности». При обычном лабораторном шуме после многих циклов коррекции время когерентности (сохранения информации) составило около 42 миллисекунд против 29,4 у лучшего физического бита и 24,7 у логического без коррекции. Когда исследователи добавили магнитный шум, у лучшего физического бита оно упало до 0,98 миллисекунды, а у логического бита с коррекцией составило 11,7 миллисекунды — в 11,9 раза больше.
Работа опубликована 23 октября в Nature Physics. Логический бит, записанный в уровни одного иона, требует меньше ресурсов на кодирование и управление, и это задел для стабильной квантовой памяти и отказоустойчивых компьютеров на ионных ловушках. Пока схема защищает один логический бит и только от ошибок фазы; следующий шаг — операции между несколькими логическими битами и их защита.
Ранее по теме: Прорыв в квантовых компьютерах: новый кубит в 100 раз реже ошибается
Источник: Научно-технический университет Китая
