Австралийские физики впервые измерили то, как много ошибок появляется при работе полноценного кремниевого квантового компьютера, состоящего из двух кубитов, элементарных ячеек памяти и вычислительных модулей такой машины. Эти оценки были опубликованы в журнале Nature.
"Все квантовые вычисления можно описать в виде набора однокубитных и двухкубитных операций. По сути, они представляют собой базис для любого компьютера такого рода – как только мы их освоим, мы сможем решить любую задачу в том случае, если точность работы кубитов будет очень высокой", — заявил Эндрю Дзурак из университета Нового Южного Уэльса (Австралия).
Дзурак и его коллеги по университету уже несколько лет разрабатывают компоненты, необходимые для сборки полноценного твердотельного квантового компьютера. Так, в 2010 году они создали квантовый одноэлектронный транзистор, а в 2012 году — полноценный кремниевый кубит на основе атома фосфора-31.
В 2013 году они собрали новую версию кубита, которая позволяла почти со 100% точностью считывать данные из него и оставалась стабильной очень долго. В октябре 2015 года Дзурак и его команда сделали первый шаг к созданию первого кремниевого квантового компьютера, объединив два кубита в модуль, выполняющий логическую операцию ИЛИ.
Оставался один шаг – научиться объединять подобные кубиты, используя те же полупроводниковые технологии, что и сами ячейки квантовой памяти. Сделать это было крайне тяжело, так как "обычные" полупроводниковые кубиты могут взаимодействовать друг с другом лишь на небольшом расстоянии.
Решив эту проблему два года назад, австралийские ученые задумались о том, как научиться "печатать" эти ячейки памяти так, как это делают производители электроники при создании микросхем и снизить уровень ошибок при работе с ними до крайне низких уровней. Эту проблему австралийские физики решили в апреле этого года, поставив новый мировой рекорд по точности работы одиночных кубитов.
Этот успех поставил перед учеными следующую очевидную задачу – проверить то, насколько часто совершают ошибки их модули, содержащие два кубита, при исполнении различных логических операций и при работе в разных режимах.
Как оказалось, точность их работы была достаточно высокой даже без внесения тех изменений в работу управляющей логики кубитов, которые австралийские ученые использовали для достижения недавнего рекорда. В худшем случае она составляла около 80%, а при наиболее удачном выборе режима работы она приближалась к отметке в 98%.
По текущим оценкам физиков, их система уже сейчас может провести около 50 случайных логических операций с минимальной вероятностью возникновения ошибки. Это крайне важно для ученых по той причине, что точность работы пару кубитов в этом случае вплотную приближается к важному барьеру для квантовых вычислительных систем.
Дело в том, что для создания действительно универсального квантового компьютера физикам нужно заставить кубиты работать практически идеально, совершая ошибки не чаще, чем в 1% случаев. В таком случае остальные проблемы в их работе можно ликвидировать, используя специальные алгоритмы коррекции ошибок и логические, а не физические кубиты.
"Если бы точность работы нашей системы была низкой, то тогда сама идея того, что мы можем создать кремниевый квантовый компьютер, была бы поставлена под вопрос. Мы очень близки к отметке в 99%, что говорит о ее большой перспективности. Очень скоро мы перешагнем через эту границу, что откроет дорогу для создания полноценных квантовых вычислительных систем, защищенных от ошибок", — заключает Дзурак.
По информации https://ria.ru/20190514/1553469960.html
Обозрение "Terra & Comp".
