Cientistas americanos expandiram os limites da operação livre de erros de computadores quânticos

Um desafio central para a criação de computação quântica praticamente valiosa é a supressão de erros. Hoje, o custo desta supressão parece proibitivo. Para cada qubit lógico incluído no algoritmo, devem ser usados ​​até 1.000 qubits físicos. Recentemente, um grupo de cientistas dos Estados Unidos mostrou que os custos indiretos podem ser reduzidos significativamente, o que promete amplas perspectivas para a computação quântica.

Fonte da imagem: geração AI Kandinsky 3.0/avalanche noticias

Uma equipe de Harvard liderada pelo ex-professor graduado do MIPT Mikhail Lukin, um dos principais cientistas do mundo em sistemas quânticos, demonstrou a operação de algoritmos quânticos livres de erros em 48 qubits lógicos em uma matriz de 280 qubits físicos. Usando controle de nível lógico e arquitetura zoneada em matrizes reconfiguráveis ​​de átomos neutros, o sistema combina portas de dois qubit de alta confiabilidade, conectividade arbitrária e rotações de um qubit totalmente programáveis.

O computador quântico criado pelo grupo de Lukin no laboratório de Harvard explora defeitos em estruturas cristalinas. Podem ser diamantes artificiais, onde são colocados átomos de rubídio super-resfriados. A programação de tais sistemas é realizada com pinças laser. Primeiro, os átomos são preenchidos aleatoriamente em defeitos e, em seguida, a matriz é “programada” movendo os átomos para os defeitos incluídos no circuito para executar o algoritmo (simulação).

Esquema para obtenção de matrizes bidimensionais a partir de átomos neutros e formação de estruturas com diferentes arranjos de átomos excitados. Fonte da imagem: Natureza

Usando uma série de algoritmos de complexidade variada, o grupo de Lukin mostrou que o uso superredundante de qubits físicos para cada qubit lógico é, em geral, desnecessário. Para que os cálculos ocorram com precisão satisfatória, até 7 qubits físicos por lógico podem ser suficientes, conforme descrito em trabalho publicado em 6 de dezembro na revista Nature.

Esses resultados sugerem a chegada da computação quântica com correção de erros, mais cedo ou mais tarde. Isto abrirá aplicações e impulsionará uma mudança na abordagem dos desafios e oportunidades na computação quântica.