«Ключ к пониманию кода» сокращает потребность в оборудовании квантовых компьютеров.

Квантовые ученые из Quantum Control Laboratory при University of Sydney Nano Institute впервые продемонстрировали тип квантового логического элемента, который значительно сокращает количество физических кубитов, необходимых для его работы. Для этого они создали запутывающий логический элемент на одном атоме, используя код коррекции ошибок, получивший прозвище "Розеттский камень" квантовых вычислений. Он заслужил это название, поскольку преобразует плавные, непрерывные квантовые колебания в чистые, дискретные состояния, похожие на цифровые, что облегчает обнаружение и исправление ошибок, и, что важно, позволяет компактно кодировать логические кубиты.

Любопытно названный код Готтсмана-Китаева-Прескилла (GKP) уже много лет предлагал теоретическую возможность значительно сократить физическое количество кубитов, необходимых для создания функционирующего "логического кубита". Хотя и за счет обмена эффективности на сложность, что делает эти коды очень трудными в управлении. Исследование, опубликованное в Nature Physics, демонстрирует это как физическую реальность, используя естественные колебания захваченного иона (заряженного атома иттербия) для хранения кодов GKP и впервые реализовав квантовые запутывающие элементы между ними.

Под руководством Sydney Horizon Fellow доктора Тингрея Тана (Tingrei Tan) из University of Sydney Nano Institute ученые использовали свой превосходный контроль над гармоническим движением захваченного иона, чтобы преодолеть сложность кодирования кубитов GKP, что позволило продемонстрировать их запутанность. "Наши эксперименты показали первую реализацию универсального набора логических элементов для кубитов GKP", - сказал доктор Тан. "Мы сделали это, точно контролируя естественные вибрации, или гармонические колебания, захваченного иона таким образом, что можем манипулировать отдельными кубитами GKP или запутывать их попарно."

В трех экспериментах, описанных в статье, команда доктора Тана использовала один ион иттербия, содержащийся в так называемой ловушке Поля (Paul trap). Она использует сложную систему лазеров при комнатной температуре, чтобы удерживать отдельный атом в ловушке, что позволяет контролировать и использовать его естественные вибрации для создания сложных кодов GKP. Это исследование представляет собой важное доказательство того, что квантовые логические элементы могут быть разработаны с уменьшенным физическим количеством кубитов, что повышает их эффективность.