Fabricați un qubit rezistent la defectele induse de zgomotul extern.

știri

Reprezentare idealizată din codul de culoare topologic utilizat pentru a codifica starea unui qubit logic în proprietățile globale ale șapte qubits fizici (A); schema capcanei cu șapte ioni de calciu utilizată de cercetătorii din laborator (B) și schema de codare a qubitului logic bazat pe starea celor șapte qubiți fizici (C). [Din "Calcule cuantice experimentale pe un qubit codificat topologic", D. Nigg și colab., Arxiv: 1403.5426]

Principalul obstacol cu ​​care se confruntă calculul cuantic este dificultatea de a crea quibite stabile. Un qubit - elementul de bază al informației în calculul cuantic - poate fi înțeles ca analogul de calcul al pisicii lui Schrödinger: stările sale posibile nu corespund doar cu cele asociate valorilor clasice 0 sau 1 („viu” sau „mort”, în cazul pisicii populare), dar acoperă și suprapunerile sale cuantice. Această proprietate ar permite unui computer cuantic să rezolve problemele la o viteză mult mai mare decât computerele tradiționale.

Cu toate acestea, în practică, qubiții sunt sisteme fizice foarte fragile, deoarece interacțiunea cu mediul strică cu ușurință controlul asupra proprietăților lor cuantice. Acum, o colaborare a fizicienilor de la Universitatea din Innsbruck și Universitatea Complutense din Madrid a reușit să producă primul qubit în care este posibil să se corecteze orice tip de eroare indusă de zgomotul extern. Rezultatele au fost publicate săptămâna trecută în revista Science.

Dispozitivul este format din șapte ioni de calciu încurcați în așa fel încât starea qubitului este codificată în proprietățile globale ale sistemului. Este vorba despre realizarea experimentală a unui model teoretic numit „codul culorilor topologice”, care a fost propus acum câțiva ani de către echipa lui Miguel Ángel Martín-Delgado, fizician la Universitatea Complutense din Madrid și unul dintre autorii prezentului muncă.

„Cei șapte ioni de calciu colaborează între ei astfel încât întregul să fie robust împotriva erorilor cauzate de zgomotul extern”, explică Martín-Delgado. „Este pentru prima dată când erorile cuantice arbitrare sunt corectate și prima dată când secvențele operațiilor logice au fost executate pe un qubit fără daune ireparabile la zgomotul extern”, continuă cercetătorul. Proiectarea are alte avantaje, cum ar fi posibilitatea de a efectua un număr mare de operații logice diferite pe qubit.

Următorul pas este creșterea dimensiunii sistemului. „Din punct de vedere teoretic, modelul topologic de culoare s-a dovedit a fi scalabil și robust. Cel mai mare obstacol experimental în calea realizării acestuia este capcana ionică pe care am folosit-o, care este liniară ”, spune Martín-Delgado. Cu toate acestea, cercetătorul avansează că această dificultate ar putea fi depășită folosind o altă clasă de microtrape a cărei dezvoltare este deja în desfășurare în laboratorul Universității din Innsbruck.

Mai multe informații în Știință. O versiune gratuită a whitepaper-ului este disponibilă în depozitul arXiv.