В квантовых компьютерах атомы, выполняющие роль кубитов, могут «тихо исчезать» из системы. Это явление, называемое потерей атомов, приводит к ошибкам в данных и делает результаты вычислений ненадежными. Исследователи из Университета Нью-Мексико впервые предложили практический метод обнаружения таких ошибок для квантовых компьютеров на основе нейтральных атомов. Работа опубликована в журнале PRX Quantum.
Квантовые компьютеры требуют высокоточной работы с атомами, которые удерживаются при температуре, близкой к абсолютному нулю (-273℃). Даже незначительное повышение температуры может привести к тому, что атомы «убегают». Если такое происходит в процессе вычисления, это может сделать весь результат бесполезным. Проблема становится особенно острой в перспективе: квантовые компьютеры будущего будут использовать миллионы кубитов, и вероятность потерь возрастет экспоненциально.
«Без решения этой проблемы невозможно продолжать развитие технологии,» — сообщил один из авторов работы, доктор Юань-Юй Джау.
Ученым удалось разработать метод, который позволяет обнаружить отсутствие атома, не разрушая его квантовое состояние. Для этого исследователи вместо прямого наблюдения за атомом применили «весы»: сигнал от соседнего атома показывал, находится ли интересующий атом на месте, не разрушая его состояние. Эта техника достигла точности 93,4%.
Интересно, что метод был обнаружен случайно. Аспирант Мэттью Чоу занимался отладкой кода, анализирующего взаимодействие между атомами. Он заметил, что при определенных условиях измерения двух атомов дают характерный сигнал. Это стало индикатором наличия или отсутствия одного из атомов.
«Я понял, что обнаружил нечто действительно полезное,» — отметил Чоу.
Команда протестировала метод на множестве квантовых состояний, убедившись, что он не разрушает информацию в структурах. Ученые надеются, что новый метод станет основой для разработки систем, автоматически исправляющих потерю атомов.
Ранее физики научились управлять квантовыми состояниями.