Группа исследователей из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе при помощи разработанного ими ионного квантового бита (кубита) нового типа установила новый рекорд в области низкого уровня ошибок, возникающих при манипуляциях и считывании состояния этих кубитов. Разработанные учеными методы и технологии могут в самом ближайшем времени в буквальном смысле произвести революцию в деле проектирования и сооружения реальных квантовых компьютеров, способных демонстрировать квантовое превосходство на более широком круге задач, чем подобные компьютеры, существующие на сегодняшний день.
Существующие квантовые компьютеры пока еще можно отнести к промежуточному классу “шумных” квантовых устройств, которые весьма чувствительны к возникающим в процессе их работы ошибкам. Кубиты, используемые в этих компьютерах, обеспечивают уровень ошибок порядка 1 процента. Это кажется, на первый взгляд, немного, но с таким уровнем ошибок система, состоящая из 100 кубитов, к примеру, будет выдавать неправильные результаты в 63 процентах случаев, что существенно снижает ее эффективность.
Для решения описанной выше проблемы исследователи из Калифорнийского университета разработали новый кубит, состоящий из охлажденного лазерным светом иона радиоактивного изотопа бария – Ba+(133). Этот изотоп был выбран далеко не случайно, его собственная резонансная частота находится в определенном участке микроволнового диапазона, наиболее подходящего для организации операций считывания и записи квантовой информации (state preparation and measurement, SPAM) в этот кубит.
В результате всех принятых защитных мер и использования инновационных решений (двойное лазерное охлаждение светом с длинами волн в 493 и 650 нанометров) новый ионный кубит демонстрирует уровень SPAM-ошибок около 0.03 процента, гораздо ниже уровня любых других видов кубитов, созданных на текущий момент времени. Это весьма наглядно демонстрирует приведенный выше график, на котором синим цветом показаны фотоны, при помощи которых осуществляется операция “чтения” кубита, содержащие ошибочные результаты, а желтым – фотоны, содержащие правильную информацию. И для сравнения, в маленьком дополнительном окошке этого же графика представлен аналогичный график меньшего масштаба, демонстрирующий соотношение ошибочных и правильных результатов для кубитов другого типа.
И в заключении следует отметить, что создание нового типа кубитов учеными из Калифорнийского университета должно оказать влияние буквально на каждую область квантовых информационных технологий. Эти кубиты, как уже упоминалось ранее, способны обеспечить “революционный переворот” в деле организации квантовых коммуникационных сетей, в хронометрических технологиях, в технологиях измерений некоторых физических величин и параметров и во многих других областях.
