28 дек 2023 227

Магия и кванты: секреты успешной подготовки магических состояний на квантовом процессоре

На суперпроводящем квантовом процессоре достигнуто состояние логической магии с высокой верностью. Магическое состояние процессора является особым квантовым состоянием, которое обеспечивает выполнение определенных операций, называемых не-Клиффордовыми воротами. Эти ворота играют важную роль в квантовых вычислениях и позволяют решать сложные задачи. Магическое состояние достигается путем подготовки и обработки кубитов (квантовых битов) на процессоре. Когда магическое состояние достигает высокой верности, оно становится полезным для создания устойчивых к ошибкам квантовых вычислений.

Квантовые компьютеры могут эффективнее выполнять некоторые задачи по сравнению с обычными компьютерами, включая сложные оптимизационные проблемы. Однако они также подвержены влиянию шума, что может приводить к ошибкам в вычислениях.

Инженеры исследуют методы создания надежных квантовых вычислений, которые будут устойчивы к шуму и смогут масштабироваться. Одним из подходов к достижению устойчивости является подготовка магических состояний, которые обеспечивают определенные виды операций.

Ученые из Университета науки и технологий Китая, Китайской ключевой лаборатории квантовой информации и криптографии и Национальной лаборатории Хэфэя недавно продемонстрировали создание логического магического состояния с высокой верностью на суперпроводящем квантовом процессоре. Их работа, опубликованная в журнале «Physical Review Letters», описывает эффективную стратегию для создания магических состояний высокой верности, что является важным шагом для реализации надежных квантовых вычислений.

У нас есть долгосрочные планы в области коррекции ошибок в квантовых вычислениях. Мы начали с разработки поверхностного кода, который позволяет исправлять ошибки на больших расстояниях, а далее сосредоточились на создании логических магических состояний

— профессор Сяо-Бо Чжу, соавтор статьи.

Основная цель исследования состоит в создании устойчивых к ошибкам и универсальных квантовых вычислений. Подготовка логических магических состояний является важным шагом для создания операций, которые не подчиняются стандартным правилам, и обеспечения надежности квантовых вычислений.

В общих чертах наш протокол основан на том, что мы сначала вводим состояние в один из кубитов, а затем распространяем его по всей системе, создавая логическое состояние. Важно правильно выбрать позицию для ввода состояния и определить начальные состояния остальных кубитов

— Сяо-Бо Чжу.

Предложенный протокол является простым, экспериментально возможным и масштабируемым. Ученые применили этот протокол на 66-кубитном сверхпроводящем квантовом процессоре Zuchongzhi 2.1.

Дизайн этого процессора позволяет нам контролировать взаимодействие между любыми соседними кубитами, что обеспечивает высокую верность операций. Такой дизайн также позволяет увеличивать количество кубитов на одном процессоре

— Сяо-Бо Чжу.

В результате применения протокола на процессоре Zuchongzhi 2.1 ученые получили обнадеживающие результаты. Они создали три логических магических состояния с высокой верностью, превышающей порог дистилляции, необходимый для надежных операций.

Мы достигли важного прогресса в разработке устойчивых вычислений на основе поверхностного кода, создав логическое магическое состояние с высокой верностью. Теперь мы можем использовать магические состояния низкой верности и повышать их качество через дистилляцию, чтобы создавать надежные не-Клиффордовы операции

— Сяо-Бо Чжу.