Прорыв в квантовых вычислениях: точность вентилей — 99,999%

Группа исследователей из Делфтского технического университета, работающая совместно с Fujitsu и Element Six, разработала квантовые вентили, использование которых позволило снизить уровень ошибок до менее чем 0,1%.

Статья с результатами исследования опубликована в журнале Physical Review Applied.

Команда под руководством Ханса Бартлинга решила одну из ключевых задач квантовых вычислений — добиться вероятности ошибки менее 1% на каждый вентиль. Это открывает возможность компенсировать возникающие шумы с помощью механизмов коррекции ошибок.

В основе разработки — алмазные кубиты, использующие электронный и ядерный спины азото-замещённых вакансий в кристаллической решётке. Такие кубиты демонстрируют высокую стабильность при низких температурах благодаря минимальному взаимодействию с внешней средой. Однако сложности в управлении спиновыми состояниями и внешние помехи ранее не позволяли достичь необходимой точности.

Учёным из Делфта удалось решить эту проблему, применив алмазы с пониженным содержанием изотопа углерод-13 — основного источника импульсных помех. Кроме того, им удалось изолировать кубиты от остаточного шума. Для коррекции ошибок использовался метод томографии наборов вентилей, который позволяет выявлять даже незначительные отклонения в работе квантовых операций.

В результате точность однокубитовых операций достигла 99,999%. При масштабировании системы точность снижается, но остаётся в пределах менее 0,1%. По мнению исследователей, полученные результаты могут повысить точность вычислений не только в алмазных системах, но и на базе более доступных материалов — например, карбида кремния или кремния.

Тем не менее, как отмечают авторы работы, до коммерческого применения квантовых вычислений ещё предстоит пройти долгий путь. Необходима доработка всего технологического стека, и научному сообществу предстоит тесное взаимодействие с индустрией.

Ранее о решениях, устраняющих ключевые барьеры на пути к масштабируемым квантовым вычислителям, сообщали Google и Microsoft.