Исследователи из Калифорнийского университета Санта-Барбары разработали прототип квантового вычислительного устройства, способный исправлять возникающие в нём ошибки. Устройство обнаруживает ошибки, возникающие как в результате измерений, так и при влиянии окружающей среды, и устраняет их, возвращая изначальные состояния кубитов. Достигнутый результат может лечь в основу будущих крупномасштабных сверхпроводящих квантовых компьютеров.
Задача сохранения состояния кубитов в течение времени, требуемого для неоднократного воспроизведения одного и того же результата, представляет собой одну из главных сложностей, стоящих на пути к квантовым вычислениям. Длительное время сохранения состояний кубитов, или, иными словами, малая вероятность возникновения ошибки в течение характерного времени работы с данными позволяет использовать механизм квантовой коррекции ошибок.
Авторы работы показали возможность увеличения времени сохранения исходных состояний с помощью автокоррекции возникающих ошибок.
Для демонстрации методики был создан линейный массив из девяти кубитов, в котором соседние кубиты связаны друг с другом. В случае возникновения ошибок они отслеживаются методом неразрушающего контроля чётности, после чего вносятся коррективы, возвращающие систему в начальное состояние. Измерения показали, что после восьми циклов количество ошибок уменьшилось в 8,5 раз и уменьшается с увеличением размеров системы.
Созданный прототип устраняет только один тип квантовых ошибок — ошибку инвертирования разрядов. Однако учёные намерены победить также сопутствующую ошибку инвертирования фазы. В дальнейшем методика должна быть опробована на двумерном массиве кубитов, в котором основные и вспомогательные кубиты расположены в шахматном порядке. Для этой схемы разработан эффективный алгоритм коррекции ошибок, так называемый «поверхностный код» (surface code).
