Физики из Оксфордского университета зафиксировали самый точный на сегодняшний день контроль квантового бита всего в одну ошибку на 6,7 миллиона операций с одним кубитом, в результате чего частота ошибок у них составила 0,000015 процента. Это достижение почти в десять раз превосходит предыдущий мировой рекорд группы, установленный десять лет назад.

Чтобы проиллюстрировать, насколько редки сейчас такие сбои, Оксфорд отмечает, что вероятность того, что в человека ударит молния в течение года, выше (1 на 1,2 миллиона), чем вероятность ошибки одного из квантовых логических элементов команды. Такой скачок в надежности, уточняют исследователи, устраняет один из самых серьезных барьеров между современными лабораторными устройствами и практическими квантовыми устройствами.

Как напоминают британские ученые, полезные квантовые машины должны выполнять миллионы операций на больших массивах кубитов. Если ошибка каждого элемента слишком велика, окончательный ответ превращается в шум. Коды для исправления ошибок могут ускорить вычисления, но каждый «логический» кубит нуждается в кластерах дополнительных кубитов для предотвращения ошибок, что увеличивает стоимость, размер и сложность устройства.

«Значительно снижая вероятность ошибки, эта работа значительно сокращает инфраструктуру, необходимую для исправления ошибок, открывая путь к тому, чтобы будущие квантовые компьютеры были меньше, быстрее и эффективнее. Точный контроль над кубитами также будет полезен для других квантовых технологий, таких как часы и квантовые датчики», — подчеркивает один из авторов этого исследования.

Как сообщается в опубликованной Оксфордом информации, указанный рекорд был установлен на одном захваченном ионе кальция, кубите, который ценится за его длительный срок службы и присущую ему надежность. В отличие от обычных лазерных импульсов во многих экспериментах с захваченными ионами, Оксфордская группа управляла квантовым состоянием иона с помощью точно настроенных микроволновых сигналов. Электронное управление оказалось дешевле и по своей сути более стабильным, чем лазерное оборудование, и оно легко интегрируется с чипами-ионными ловушками.

Исследователи также отмечают важность того, что затвор работал при комнатной температуре без магнитного экранирования, что позволило отказаться от криогенных систем или систем изоляции, которые часто усложняют создание квантовых прототипов. Исследователи утверждают, что эти практические преимущества имеют такое же значение, как и количество ошибок, когда целью является развертываемый процессор.

Сообщается, что указанный эксперимент был проведен участниками британского центра квантовых вычислений и моделирования, который является частью Национальной программы квантовых технологий. При этом отмечается, что узким местом в таких исследованиях остаются двухкубитные вентили (для полноценного квантового компьютера необходимы как однокубитные, так и двухкубитные вентили, работающие совместно).

В то время как однокубитная ошибка оксфордской команды сейчас составляет около одного случая на семь миллионов, лучшие двухкубитные вентили в мире по-прежнему генерируют ошибки примерно раз в 2000 операций. В этой связи в Оксфорде считают, что следующей важной задачей, стоящей перед отказоустойчивым квантовым оборудованием, остается снижение этого показателя до тех же 10%.

Исследователи отмечают, что на данный момент новый однокубитный тест по-новому определяет, что означает «высокая точность» в квантовой логике. Поэтому предлагается более четкий путь разработки, который заключается в меньшем количестве кубитов, предназначенных для устранения ошибок, более простой управляющей электронике и работе при комнатной температуре, что может помочь превратить квантовые системы из специализированных лабораторий в практические устройства.