Ученые нашли способ улучшить стабильность работы квантовых компьютеров
Измерять с точностью до одной миллионной доли (10-6) ошибки, накапливающиеся в квантовом компьютере, научились физики из Оксфорда, заявлено 13 сентября в статье, опубликованной в издании Physical Review Letters.
Для измерения накапливаемых в квантовом компьютере ошибок с точностью 10–6 ученым потребовалось откалибровать свою установку, учтя систематическую погрешность измерений.
Руководитель группы физиков Дэвид Лукас уверен, что предложенный его командой метод можно будет использовать при создании будущих квантовых вычислительных средств для коррекции ошибок в них.
Исследования оксфордских физиков были направлены на решение одной из ключевых проблем, влияющих на эффективность квантовых компьютеров. Для повышения сложности вычислений в компьютерах должно быть как можно больше кубитов, но наращивание их числа приводит к накоплению ошибки и потере системой когерентности.
Читайте также: Квантовый суперкомпьютер Google в 1,58 млрд раз обогнал лучшую систему IBM
Из-за влияния внешних искажений и несовершенств схемы раньше или позже связанные («запутанные») кубиты ошибаются и прекращают работать в связке. После этого квантовый компьютер, по сути, перестает решать запланированную задачу.
Чтобы решить указанную проблему, физики из команды Лукаса измеряли ошибку кубитов двумя новыми независимыми способами. В качестве демонстратора точности методов учеными использовался в качестве кубита ион кальция–43.
При помощи первого метода измерений ученые смогли улучшить точность измерений до порядка 10-4, а с помощью второго результат был значительно улучшен — время наблюдения было доведено до одной миллисекунды, а ошибка до порядка 10-6.
Первый использованный физиками метод предполагал посылку на кубит двух отличных на 90 градусов по фазе импульсов и измерение контрастности интерференционной картины Рамзея, с помощью которой можно выяснять изменения состояния наблюдаемого кубита за прошедший период времени. Следом ученые повторяли измерения, но перед ними отправляли на кубит новый импульс, чтобы повернуть фазу кубита на 180 градусов.
Для повышения точности измерений команда Лукаса замерила влияние задержки между импульсами на погрешность измерений. Физиками были выделены систематические колебания, которые они вычли из полученных для ошибки значений.
Чтобы осуществить подобное, потребовалось набрать очень большую статистику измерений, для чего непрерывный сбор данных длился около недели. Но результат позволил оксфордским ученым производить измерения с точностью 10-4.
Второй метод был более сложен, на кубит направлялась последовательность сформированных специальным образом импульсов и учет ошибок с более тонкой отстройкой.
Добавим, что даже первый и более простой метод позволяет достичь точность измерения ошибки, которой достаточно для квантовой коррекции. Если предварительно провести калибровку, с помощью этого метода можно измерять ошибки с точностью порядка 10-4, накапливаемые за период порядка 50 миллисекунд.
Подобный период на три порядка (в тысячу раз) превышает характерное время запутывания кубитов и время, за которое измеряют их состояния. А потому может быть использован на практике.
