Йельские физики разработали исправляющее ошибки «cat» — новое устройство, которое сочетает в себе концепцию суперпозиции кота Шредингера (физическая система, существующая в двух состояниях одновременно) с возможностью исправить некоторые из самых сложных ошибок в квантовых вычислениях.

Это новый прорыв Йеля в попытке овладеть физикой, необходимой для полезного квантового компьютера, и манипулировать ею: исправлять поток ошибок, возникающих среди хрупких битов квантовой информации, называемых кубитами, во время выполнения задачи.

Исследование, посвященное этому открытию, опубликовано в журнале Nature. Главный автор — Мишель Деворе, профессор Йельского университета Ф. В. Бейнеке по прикладной физике и физике.

Квантовые компьютеры обладают потенциалом для преобразования целого ряда отраслей промышленности, от фармацевтики до финансовых услуг, позволяя производить вычисления на порядки быстрее, чем современные суперкомпьютеры.

В традиционном компьютере информация кодируется либо как 0, либо как 1. Единственные ошибки, которые возникают во время вычислений, — это «битовые перевороты», когда бит информации случайно переворачивается с 0 на 1 или наоборот. Способ исправить это — построить избыточность: используя три «физических» бита информации, чтобы обеспечить один «эффективный» (или точный) бит.

В отличие от этого, биты квантовой информации — кубиты — подвержены как битовым, так и «фазовым переворотам», при которых кубит случайным образом переключается между квантовыми суперпозициями (когда одновременно существуют два противоположных состояния).

До сих пор квантовые исследователи пытались исправить ошибки, добавляя большую избыточность, требуя обилия физических кубитов для каждого эффективного кубита.

В отличие от нескольких физических кубитов, необходимых для поддержания одного эффективного кубита, один кубит cat может предотвратить фазовые перевороты сам по себе.

Исследователи заявляют, что они могут изменить свой кубит «кота» из любого из его суперпозиционных состояний в любое другое суперпозиционное состояние по команде. Кроме того, исследователи разработали новый способ считывани информации, закодированной в кубите.

«Это делает систему, которую мы разработали, универсальным новым элементом, который, как мы надеемся, найдет свое применение во многих аспектах квантовых вычислений со сверхпроводящими схемами», — сказал Деворе.