Квантовый прорыв: спустя 20 лет теорий учёные впервые реализовали чистку магических состояний на логических кубитах

Исследователи впервые успешно провели дистилляцию магических состояний на уровне логических кубитов в лабораторных условиях — критически важный процесс для создания мощных квантовых компьютеров с защитой от ошибок.

Дистилляция магических состояний позволяет получить ресурсы, необходимые для выполнения вычислений, недоступных самым производительным суперкомпьютерам. Эти состояния не являются стандартными логическими элементами, но они открывают возможности для выполнения ключевых операций в квантовых вычислениях. Без них логические кубиты, которые объединяют несколько физических кубитов для надежности, не могут выполнять вычисления, невозможные для классических систем.

До настоящего времени дистилляция выполнялась только на уровне физических кубитов, подверженных ошибкам, препятствуя использованию надежных логических схем. В новом эксперименте на нейтрально-атомной квантовой платформе Gemini, разработанной компанией QuEra, впервые осуществили дистилляцию магических состояний на логических кубитах с коррекцией ошибок.

В эксперименте применяли код с дистанцией 3 и 5, что определяет количество ошибок, которые система может откорректировать. Например, дистанция 3 позволяет исправить одну ошибку, а дистанция 5 — две. Из пяти несовершенных магических состояний они создали одно высококачественное, пригодное для сложных нелинейных квантовых операций, что необходимо для достижения «квантового превосходства».

«Магические состояния расширяют горизонты квантовых вычислений, — поясняет Серхио Канту, вице-президент QuEra и ведущий автор исследования. — Практически любой значимый квантовый алгоритм требует их применения. Ранее было неизвестно, возможно ли это с логическими кубитами — сейчас у нас есть ответ».

Авторы подчёркивают, что это достижение прокладывает пути к разработке масштабируемых, защищённых от ошибок квантовых вычислительных систем, которые способны выполнять универсальные алгоритмы. Следующим шагом для учёных станет переход от прототипов к полноценным вычислительным системам, решающим задачи, недоступные классическим суперкомпьютерам.

Источник: iXBT