Привет! Где же мой кубит?
Атомы, которые хранят информацию в квантовых компьютерах, иногда бесследно исчезают. Учёные предложили новый способ обнаружения утечек.
Кубиты — это атомы, выполняющие роль носителей данных в квантовых вычислениях. Однако они иногда могут внезапно исчезать, что приводит к искажению информации и сбоям в вычислениях. Это явление известно как потеря атомов.
Исследователи впервые продемонстрировали методику выявления таких утечек для квантовых платформ, работающих с нейтральными атомами. Этот прорыв позволяет решить одну из ключевых проблем в квантовой сфере и приблизить учёных к раскрытию полного потенциала технологии. Многие считают, что квантовые компьютеры смогут дать ответы на вопросы, которые недоступны современным технологиям.
Новая методика позволяет обнаружить потерю атома без нарушения его квантового состояния. По словам исследователей, их подход, основанный на специализированных алгоритмах, обеспечивает точность 93,4%. Этот метод помогает фиксировать ошибки и вносить необходимые исправления.
Решение надвигающейся проблемы
Атомы — это крошечные частицы, которые в некоторых квантовых компьютерах удерживаются при температуре, близкой к абсолютному нулю (-460 ℉). Даже минимальное повышение температуры может привести к их «побегу». Даже при идеальных условиях атомы иногда исчезают спонтанно.
Если это происходит в процессе вычислений, результат становится бесполезным. Новый метод позволяет учёным оценить надёжность полученных данных и, при необходимости, скорректировать ошибки.
На небольших квантовых машинах с малым количеством кубитов эта проблема менее критична. Но для масштабных квантовых компьютеров, которые потребуют миллионы кубитов, ситуация осложняется: риск утечки атомов становится слишком велик. Без решения этой проблемы прогресс в квантовых вычислениях может замедлиться.
Исследователи уже изучили различные подходы к обнаружению потерь атомов на разных платформах, включая системы с электрически заряженными атомами (ионные кубиты). Однако команда впервые смогла обнаружить утечки в нейтральных атомах, не нарушая их состояния. Эти простые, но эффективные методы помогут избежать кризиса в будущем.
Как это работает
Основная сложность заключается в том, что учёные не могут напрямую наблюдать за атомами, чтобы сохранить их состояние во время вычислений. Квантовые системы чрезвычайно чувствительны: любое вмешательство может разрушить работу всей системы.
Эта проблема напоминает известный мысленный эксперимент австрийского физика Эрвина Шрёдингера: кошка в закрытой коробке может быть одновременно живой и мёртвой, пока её состояние не проверят. Аналогично, в квантовых компьютерах наблюдение за состоянием кубита может изменить это состояние.
Исследователи нашли способ обойти эту проблему. Они предложили аналогию с весами: если кошка в коробке, вес коробки изменится. Таким образом, можно определить наличие атома косвенно, не нарушая его квантовое состояние.
Неожиданное открытие
Прорыв начался с того, что аспирант отлаживал код для своей диссертации. Он изучал взаимодействие атомов — уникальный квантовый процесс, который связывает их состояния. Путём многократного тестирования он заметил закономерность: в экспериментах, где атомы распутывались, результаты с одним атомом отличались от случаев с двумя атомами. Это стало тонким сигналом, указывающим на наличие соседнего атома.
Эта находка настолько вдохновила аспиранта, что он поделился идеей с профессором. Вместе они разработали набор алгоритмов для обнаружения утечек. Метод включает использование дополнительного атома, который не участвует в вычислениях, для косвенного определения потерь.
Результаты подтвердили, что подход работает. Исследователи смогли определить, находится ли атом в состоянии «0», «1» или исчез. При этом они убедились, что методика не нарушает состояние других атомов.
Новый шаг для квантовой коррекции
Эта работа станет основой для других учёных, которые захотят применять эти методы в своих системах. Это открытие стимулирует дальнейшие исследования преимуществ и ограничений методики.
Исследователь аспирант, который уже получил докторскую степень, сказал, что гордится этим открытием, поскольку оно показывает, что проблема потери атомов разрешима, даже если будущие квантовые компьютеры не будут использовать этот метод.