РКЦ: Метод коррекции ошибок на сверхпроводниковыми квантовых процессорах

Основные статьи:

• Квантовый компьютер и квантовая связь
• Квантовые компьютеры и сети в России

2023: Разработка подхода

Ученые из Российского квантового центра разработали подход, который позволяет реализовывать коды коррекции ошибок на квантовых процессорах, не обладающих высокими вычислительными мощностями. Полученные результаты помогут физикам снизить воздействие шумов и приблизиться к решению практических задач на системах с относительно небольшим количеством кубит. Об этом центр сообщил 30 марта 2023 года.

Решение задачи на квантовом компьютере можно представить в виде трех этапов: приготовления регистра квантового устройства, проведения манипуляций над системой и заключительного считывания полученных измерений. Главное препятствие на каждом этапе — высокий уровень шумов, не позволяющий поддерживать нужное состояние квантовых объектов достаточно долго для работы практических алгоритмов. Именно поэтому уменьшение уровня ошибок является приоритетным направлением исследований ученых.Дмитрий Пенязь, OpenYard: Мы живем во времена бэби-бума на российском ИТ-рынке 6.6 т

Идея кодов коррекции ошибок состоит в кодировании логического кубита, устойчивого к внешним шумам, в большом количестве физических кубит. Однако для работы логического кубита системе также необходимо использовать вспомогательные кубиты — анциллы. Промежуточные измерения анцилл позволяют отслеживать влияние шумов на состояние логического кубита. Ученые из Российского квантового центра предложили подход к реализации обширного класса кодов коррекции ошибок, который позволяет снизить число вспомогательных кубит до одного, а также использовать специфику сверхпроводниковых квантовых процессоров для уменьшения влияния шумов.

Исследователи доказали, что данный класс квантовых кодов коррекции ошибок может быть реализован при достаточно простой структуре — круговой связности соседних кубит. Так, новый подход позволяет отказаться от операций между «далеко» расположенными друг от друга кубитами в пользу двух соседних. Эффективность схемы продемонстрирована в ходе выполнения трехкубитного кода повторения, пятикубитного кода коррекции ошибок Лафламма и девятикубитного кода Шора. Также в работе предложен метод реализации поверхностного кода коррекции ошибок с использованием одного анцилла-кубита и связности кубит с ближайшими соседями.

Предложенный подход оказался применим к довольно большому классу квантовых кодов коррекции, что делает его перспективным для использования в экспериментах со сверхпроводниковыми квантовыми процессорами, — отметил Анатолий Антипов, соавтор исследования, научный сотрудник группы «Квантовые информационные технологии» Российского квантового центра.