Исследователи впервые успешно провели в лабораторных условиях дистилляцию магических состояний на логических кубитах — это важный процесс, необходимый для создания мощных и устойчивых к ошибкам квантовых компьютеров.
Дистилляция магических состояний позволяет получить ресурсы, которые необходимы для выполнения сложных вычислений, недоступных даже самым продвинутым суперкомпьютерам.
Хотя эти состояния не являются универсальными логическими элементами, они позволяют выполнять ключевые операции для квантовых вычислений.
Без них логические кубиты, которые представляют собой устойчивые к ошибкам конструкции из нескольких физических кубитов, не могут справляться с задачами, недоступными классическим системам.
До настоящего времени дистилляция таких ресурсов проводилась только на уровне физических кубитов, которые подвержены ошибкам, что исключало возможность использования устойчивых логических схем.
В новом эксперименте, проведённом на квантовой платформе Gemini от компании QuEra, впервые удалось провести дистилляцию магических состояний на логических кубитах с коррекцией ошибок.
В ходе работы использовались коды с расстоянием 3 и 5, что определяет количество ошибок, которые можно обнаружить и исправить в логическом кубите.
Например, расстояние 3 позволяет исправить одну ошибку, а расстояние 5 — до двух.
Из пяти несовершенных магических состояний был получен один высококачественный ресурс, пригодный для выполнения вычислений с использованием нелинейных (не-Клиффордовых) квантовых операций.
Эти операции необходимы для достижения так называемого «квантового превосходства». «Магические состояния расширяют возможности вычислений, — объясняет Серхио Канту, вице-президент QuEra и ведущий автор исследования. — Практически любой значимый квантовый алгоритм требует их использования.
До сих пор было неясно, возможно ли это на логических кубитах, но теперь у нас есть ответ».
Это достижение открывает путь к масштабируемым и устойчивым квантовым вычислениям, где логические схемы не только защищены от ошибок, но и способны выполнять универсальные алгоритмы.