Створено новий іонний кубіт з найкращими характеристиками на сьогоднішній день

Група дослідників з Каліфорнійського університету в Лос-Анджелесі за допомогою розробленого ними іонного квантового біта (кубіта) нового типу встановила новий рекорд в області низького рівня помилок, що виникають при маніпуляціях і зчитуванні стану цих кубітів. Розроблені вченими методи і технології можуть в самому найближчому часі в буквальному сенсі зробити революцію в справі проектування та спорудження реальних квантових комп’ютерів, здатних демонструвати квантове перевагу на більш широке коло завдань, ніж подібні комп’ютери, існуючі на сьогоднішній день.

Існуючі квантові комп’ютери поки ще можна віднести до проміжного класу “гучних” квантових пристроїв, які дуже чутливі до виникаючих в процесі їх роботи помилок. Кубіти, які використовуються в цих комп’ютерах, забезпечують рівень помилок близько 1 відсотка. Це здається, на перший погляд, трохи, але з таким рівнем помилок система, що складається з 100 кубітів, наприклад, буде видавати неправильні результати в 63 відсотках випадків, що істотно знижує її ефективність.

Сравнительный график
порівняльний графік

Для вирішення описаної вище проблеми дослідники з Каліфорнійського університету розробили новий кубіт, що складається з охолодженого лазерним світлом іона радіоактивного ізотопу барію – Ba + (133). Цей ізотоп був обраний далеко не випадково, його власна резонансна частота знаходиться в певній ділянці мікрохвильового діапазону, найбільш підходящого для організації операцій зчитування і запису квантової інформації (state preparation and measurement, SPAM) в цей кубіт.

В результаті всіх прийнятих захисних заходів і використання інноваційних рішень (подвійне лазерне охолодження світлом з довжинами хвиль в 493 і 650 нанометрів) новий іонний кубіт демонструє рівень SPAM-помилок близько 0.03 відсотка, набагато нижче рівня будь-яких інших видів кубітів, створених на поточний момент часу. Це дуже наочно демонструє наведений вище графік, на якому синім кольором показані фотони, за допомогою яких здійснюється операція “читання” кубіта, що містять помилкові результати, а жовтим – фотони, які містять правильну інформацію. І для порівняння, в маленькому додатковому віконці цього ж графіка представлений аналогічний графік меншого масштабу, що демонструє співвідношення помилкових і правильних результатів для кубітів іншого типу.


І на завершення слід зазначити, що створення нового типу кубітів вченими з Каліфорнійського університету має вплинути буквально на кожну область квантових інформаційних технологій. Ці кубіти, як уже згадувалося раніше, здатні забезпечити “революційний переворот” в справі організації квантових комунікаційних мереж, в хронометричних технологіях, в технологіях вимірювань деяких фізичних величин і параметрів і в багатьох інших областях. Джерело