Тройная запутанность в кремнии — крупный прорыв в квантовых компьютерах

Кубитами или квантовыми точками, которые составляют основу квантовых компьютеров, можно управлять разными способами. Одним из них является квантовая запутанность: явление, при котором группы частиц связаны между собой и могут взаимодействовать, даже если находятся на большом расстоянии друг от друга.

Ранее удавалось запутать только два кремниевых кубита, а также три кубита, состоящих из фотонов. Но теперь ученые из Института физико-химических исследований (RIKEN) в Японии успешно связали три квантовых точки, которые представляют собой кремниевые кольца.

Кремниевые кубиты часто применяются в квантовых компьютерах, так как они сохраняют стабильность в течение долгого времени и при более высоких температурах, к тому же ими можно точно управлять.

В новом исследовании задействованы три квантовых точки и алюминиевые ворота, через которые передаются команды. Резонансные частоты кубитов разделены магнитным полем, так что ими можно управлять по отдельности.

Для того, чтобы запутать три кубита, ученые сначала связали два из них с помощью двухкубитного вентиля, затем подсоединили к этому же вентилю третий кубит. Получившаяся система обладает точностью результатов 88%. Это значит, что в момент измерения вероятность получения верных данных выше, чем у системы из двух квантовых точек или отдельной точки.

Устойчивое запутывание трех кубитов необходимо для исправления ошибок, которые часто встречаются в квантовых вычислениях. Дело в том, что кубиты – это частицы в суперпозиции, одновременно содержащие и ноль, и единицу. Они приходят к одному из этих значений только в момент измерения результата. Но поскольку кубиты нестабильны, они могут спонтанно изменить позицию и утратить нужную информацию, а полученный результат в итоге окажется неверным.

При этом методы коррекции, которые используются в обычных компьютерах, не работают для квантовых устройств, так как в стандартных вычислениях применяется детерминированный принцип, а в квантовых – аналоговый вероятностный.

В существующих квантовых компьютерах для проверки используют схемы из девяти кубитов, которые анализируют результаты друг друга, либо применяют незапутанные кубиты для коррекции вычислений группы запутанных квантовых точек.

Теперь исследователи планируют продемонстрировать, как устройство с тремя запутанными кубитами исправляет простые ошибки в квантовых вычислениях. В дальнейшем количество связанных точек предполагается довести до нескольких десятков и внедрить более сложные протоколы исправления ошибок. Этот прорыв приведет к созданию полноценного квантового компьютера в течение ближайших десяти лет.