Революция в квантовых вычислениях: Ученые достигли рекордно низкого уровня ошибок
Ученые установили рекордно низкий уровень ошибок в квантовых вычислениях — важный шаг на пути к созданию полноценных квантовых компьютеров, способных решать сложнейшие задачи. Результаты исследования, опубликованные 12 июня в журнале APS Physical Review Letters, показали уровень ошибок всего 0,000015%, что соответствует одной ошибке на 6,7 миллиона операций. Это почти на порядок лучше предыдущего рекорда 2014 года (1 ошибка на миллион операций), достигнутого той же командой исследователей.
Шум в квантовых системах — главное препятствие для их масштабирования. Источники ошибок включают как технические несовершенства (архитектура, управление), так и фундаментальные физические ограничения, например, декогеренцию (потерю квантового состояния) и утечку кубитов. В данной работе ученые смогли практически устранить шум, связанный с управлением системой, приблизившись к физически возможному пределу точности.
Новый эксперимент проводился на кубитах, представленных ионами кальция-43, удерживаемыми в ловушках с помощью микроволн. В отличие от классических подходов (фотоны или сверхпроводящие цепи), этот метод позволяет работать при комнатной температуре, упрощая интеграцию технологии. Ионы переводились в гипертонкое «атомно-часовое» состояние, что обеспечило стабильность и высокую точность операций. Ученые также разработали алгоритм автоматической калибровки для коррекции шума, вызванного микроволновым управлением.
Молли Смит, соавтор исследования из Оксфордского университета, отметила: «Снижение вероятности ошибок сокращает ресурсы, необходимые для их исправления. Это открывает путь к созданию компактных, быстрых и энергоэффективных квантовых систем, которые пригодятся не только в вычислениях, но и в квантовых часах или сенсорах».
Ограничения и перспективы
Несмотря на успех, технология пока фокусируется на однокубитных операциях, где достигнут прорыв. Для многокубитных вентилей (2 кубита и более) уровень ошибок остается высоким — примерно 1 на 2000 операций. Это критично, поскольку сложные алгоритмы требуют одновременной работы множества кубитов. Преодоление этого барьера станет следующей целью исследователей.
Что дальше?
- Развитие многокубитных систем. Ученые планируют адаптировать методы коррекции ошибок для операций с несколькими кубитами.
- Гибридные архитектуры. Комбинация ионных ловушек и фотонных технологий может усилить стабильность.
- Прикладное внедрение. Уменьшение ошибок приближает использование квантовых компьютеров в криптографии, моделировании молекул и оптимизации логистики.
По словам команды, даже частичное устранение ошибок сократит требования к инфраструктуре, ускорив переход от лабораторных экспериментов к коммерчески выгодным решениям. Однако до эры «квантового превосходства» предстоит решить еще множество задач — от повышения точности до разработки алгоритмов, устойчивых к шуму.
Таким образом, достижение ученых не только устанавливает новый стандарт точности, но и задает вектор для будущих исследований, приближая эру практических квантовых технологий.
