Исследовательская группа, включающая специалистов из университета Мэриленда, NIST, IonQ Inc. и Квантового центра Дьюка, добилась значительных успехов в области квантовой механики и информационных технологий, представив новые свойства квантовых состояний при влиянии когерентных ошибок. Понятие «магии» квантовых состояний, характеризующее степень их отклонения от стабилизационных состояний, играет ключевую роль в разработке универсальных и надежных квантовых вычислительных систем.
В исследовании, опубликованном в журнале Nature Physics, авторы продемонстрировали, что случайно организованный код стабилизатора демонстрирует фазовый переход в контексте «магии», аналогичный ранее наблюдаемому по отношению к запутанности. Этот процесс включает две значимые составляющие: создание и уничтожение ресурса. В случае «магии» квантовых состояний этими элементами являются «объем измерения» и «уровень вращения кубитов».
Прадип Нирула, один из авторов работы, объясняет: «Хоть такие понятия, как суперпозиция и запутанность, тесно ассоциируются с квантовыми вычислительными машинами, их не всегда достаточно для существенного превосходства над классическими аналогами. Достижение квантового преимущества требует дополнительного компонента под названием «магия» или «нестабилизируемость». Лишь при обилии «магии» система выходит за пределы возможностей классического компьютера».
Исследователи провели сначала численные симуляции, что позволило подтвердить наличие фазового перехода в нестабилизируемости, а после проверили гипотезу при помощи реальных квантовых схем. Даже в условиях шумной среды результаты указывали на существование аналогичных переходов.
Нирула отметил: «Предыдущие работы выявили различные переходы, связанные с запутанностью, зарядкой и другими параметрами, и это ставит вопрос: какие еще ресурсы могут демонстрировать аналогичные переходы? Объединяются ли они под какой-либо универсальный тип? Значимость наличия фазового перехода в контексте разработки устойчивых к шумам квантовых компьютеров также требует внимания».
Данное исследование открывает новые пути для изучения ресурсов в квантовых вычислительных системах с исправлением ошибок. Последующие работы могли бы сосредоточиться на изучении иных свойств и ресурсов, которые демонстрируют фазовые переходы, аналогичные тем, что наблюдались для запутанности и «магии». Также исследователи планируют исследовать возможность применения своих результатов в качестве «фабрики магических состояний», способной производить нестабилизируемость для квантового вычислителя.
«На сегодняшний день область проявляет большой интерес к демонстрации принципов или базовых элементов исправления ошибок, и наше исследование может занять важное место в этом направлении», — заключил Нирула.
Источник: iXBT
