Фізики з Єльського університету створили «кота, що виправляє помилки» — новий пристрій, що використовує концепцію суперпозиції (фізичну систему, що існує одночасно у двох станах) для виправлення помилок у квантових обчисленнях.

Нещодавне дослідження команди, очолюваної Майклом Деворетом (Michel Devoret), професором фізики Єльського університету, опубліковане в журналі Nature, стало проривом у спробах опанувати квантові обчислення. Воно дозволяє виправляти потік помилок, що накопичуються у квантових бітах інформації (або кубітах) під час обчислень.

«Кіт-кубіт», що виправляє ці помилки, названий на честь кота Шрьодінґера — уявного, ні живого, ні мертвого. Під час експерименту вченого ця тварина мала знаходитися в коробці з отрутою, що активувалася би з розпадом радіоактивного атома. Це могло статися у будь-який час, тож, не відкривши коробку, не можна було знати, живий кіт, чи ні. За теорією суперпозиції, до того, як хтось відчинить коробку і подивиться, кіт є і живим, і мертвим одночасно. Відчинивши коробку, спостерігач змушує кота перейти в один із станів: стати або живим, або мертвим.

У звичайних комп’ютерах інформація кодується нулями або одиницями. Єдиною помилкою, що може виникати, стає випадкова зміна значення з 0 на 1 та навпаки. Ця помилка виправляється введенням «страхувальних» бітів інформації, щоби переконатися у правильності значення. Три «фізичних» біти інформації використовуються для кодування одного «ефективного», або точного значення.

Квантові ж комп’ютери мають ще один тип помилок: крім бітової зміни, як у традиційних обчисленнях, в них може відбуватися і фазова зміна, коли кубіти випадково змінюються у стани квантової суперпозиції (перебуваючи в обидвох станах одночасно). До цього часу таким помилкам запобігали, додаючи більше «страховок», кодуючи один кубіт інформації більшою кількістю фізичних кубітів. Проте «кіт-кубіт» сам по собі є застрахованим від фазових помилок. Дослідники стверджують, що можуть довільно змінювати будь-який стан суперпозиції такого кубіту на будь-який інший. До того ж, вони винайшли новий спосіб зчитування інформації, закодованій там.

Нові «коти-кубіти» працюють у квантовому комп’ютері, що використовує фотони мікрохвильового випромінювання у надпровідниковому мікрохвильовому резонаторі. «Це робить наш винахід новим елементом, який, як ми сподіваємося, знайде застосування у багатьох квантових обчисленнях на надпровідниках», — стверджує Деворет в інтерв’ю для часопису Єльського університету.

Квантові комп’ютери мають величезний потенціал, що може використовуватися будь-де — від банківських систем до фармацевтики, забезпечуючи швидкість та потужність обчислень, недоступну нинішнім суперкомп’ютерам.

Текст: Дарія Цепкова
Зображення обкладинки: Катерина Павліченко