Квантові комп’ютери відкривають шлях до розв’язання задач, недосяжних для класичних машин, проте їхня головна проблема — крихкість кубітів. Навіть незначний вплив з навколишнього середовища може знищити квантову інформацію. Команда з Університету науки й технологій Китаю здійснила важливий крок до вирішення цієї проблеми: у новому дослідженні вчені продемонстрували створення квантового блоку, який зберігає стабільність навіть під час сильних зовнішніх впливів.
Їхній експеримент, проведений на програмованому надпровідному квантовому процесорі Zuchongzhi 2, пропонує новий підхід до зменшення кількості помилок у квантових системах — за рахунок використання топологічних властивостей. Про це пише Interesting Engineering.
Чому «незрушний» квантовий блок є важливим проривом
Збереження квантової інформації часто порівнюють зі спробою пронести мильну бульбашку через натовп — будь-який дотик руйнує її структуру. Методи квантової корекції помилок існують, але вони потребують значних ресурсів та великої кількості додаткових кубітів.
Дослідники обрала альтернативний шлях, використавши властивості топологічних фаз матерії, які зберігають стабільність завдяки глобальним характеристикам системи, а не локальним параметрам. Раніше в науковій літературі описували топологічні стани на краях матеріалів, однак китайські дослідники пішли далі — вони зосередилися на вищих топологічних фазах, де захищені стани локалізуються в окремих кутах структури.
Такі структури не є абсолютно невразливими, але значно стійкіші до зовнішніх впливів, ніж звичайні квантові стани, особливо в нестаціонарних системах, що постійно змінюються або перебувають під дією зовнішнього керування.
Як команда змоделювала високотопологічну квантову фазу
У рамках експерименту дослідники використали частину процесора Zuchongzhi 2, створивши сітку із 36 кубітів у форматі 6×6. Це дозволило перетворити процесор на квантовий симулятор, здатний відтворювати синтетичні матеріали з заданими взаємодіями.
Завдяки програмованим зв’язкам між кубітами команда змоделювала умови, необхідні для формування високих топологічних фаз — як у рівноважному стані, так і в динамічних, нерівноважних системах.
Для виявлення цих фаз вчені відмовилися від традиційних статичних вимірювань і натомість відстежували динаміку еволюції кубітів, що дозволило зафіксувати сигнатури кутових мод. Це підтвердило успішне створення як рівноважних, так і нерівноважних топологічних станів.
