Ученые разработали надежный способ перемещения и изменения состояния кубитов

Группе исследователей из Национального института стандартов и технологий (США) удалось реализовать последовательность из нескольких операций над кубитами без потери информации.

Ученые утверждают, что новая методика позволяет объединять до пяти логических действий и десяти этапов перемещения кубитов: один эксперимент, таким образом, может охватывать все основные стадии обработки квантовой информации (запись, чтение, передачу и хранение данных, выполнение логических операций с участием одного или двух кубитов).

В качестве кубитов авторы использовали ионы бериллия 9Be+, захваченные в ловушку с шестью выделенными областями. Перемещение ионов между этими зонами осуществлялось с помощью электрического поля, а энергетические состояния частиц изменялись под действием импульсов лазерного УФ-излучения определенной частоты и длительности.

Для того чтобы обеспечить сохранность квантовой информации в ходе эксперимента, исследователи поместили в ловушку дополнительные «охлаждающие» ионы магния 24Mg+. Взаимодействие охлажденных с помощью лазера ионов 24Mg+ с кубитами снизило возмущающее влияние перемещений на последние (необходимо отметить, что дистанции ученые выбрали макроскопические — 960 мкм, или около миллиметра). Другой важной особенностью методики стало то, что на разных этапах эксперимента для представления информации использовались три различные пары энергетических состояний ионов 9Be+. Это позволило минимизировать негативное воздействие паразитных магнитных полей.

В начале эксперимента ионы 9Be+ располагались в разных зонах ловушки; ученые провели запись квантовой информации, логические действия над отдельными кубитами и считали полученные результаты. Затем кубиты были перемещены в одну область, где исследователи выполнили «парную» логическую операцию, и вновь разделены для проведения еще нескольких логических действий. С целью оценки эффективности процесса эксперимент был повторен 3 150 раз для каждого из 16 стартовых состояний.

Как показала обработка результатов, ошибки появлялись в среднем всего в шести процентах от общего числа испытаний, причем частота их возникновения в описанной последовательности операций не повышалась даже в том случае, если она выполнялась два раза подряд. Впрочем, эксперты по квантовым вычислениям установили, что для действующего компьютера частота ошибок должна составлять всего 0,01%; в настоящее время авторы пытаются усовершенствовать свою методику и приблизиться к этому показателю.