Как квантовые вычисления на алмазах преодолели критический барьер точности в 0,1%?

Исследователи из QuTech в сотрудничестве с Fujitsu и Element Six достигли значительного прорыва в области квантовых вычислений, продемонстрировав квантовые логические операции (гейты) с вероятностью ошибки ниже 0,1%. Результаты исследования, опубликованные в журнале Physical Review Applied 21 марта 2025 года, знаменуют первый случай достижения этого порога с использованием спиновых кубитов на основе алмаза.
Как квантовые вычисления на алмазах преодолели критический барьер точности в 0,1%?
Изображение носит иллюстративный характер

Достижение показателя ошибок ниже 0,1-1% имеет решающее значение для работы квантовой коррекции ошибок — фундаментального требования для создания масштабируемых квантовых компьютеров. В разработанной двухкубитной системе каждый гейт функционирует с уровнем ошибки ниже 0,1%, а лучшие гейты достигли впечатляющего показателя — всего 0,001% ошибок.

«Это достижение открывает путь к практическому применению квантовой коррекции ошибок в системах на основе алмаза», — отмечает Ханс Бартлинг, ведущий автор исследования. «Впервые мы смогли продемонстрировать, что спиновые кубиты в алмазе могут достичь уровня точности, необходимого для масштабируемых квантовых вычислений».

Техническая реализация проекта основана на квантовом чипе из алмаза с двумя кубитами. Первый кубит сформирован электронным спином дефектного центра, а второй — ядерным спином. Важной особенностью системы является её способность работать при относительно высоких температурах — до 10 Кельвинов, что значительно упрощает техническую реализацию по сравнению с другими квантовыми платформами, требующими сверхнизких температур.

Для достижения столь низких показателей ошибок исследователи применили комплексный подход. Они использовали сверхчистые алмазы с пониженной концентрацией изотопа углерод-13, что уменьшило уровень шума. Были разработаны специальные гейты, которые разделяют спиновые кубиты друг от друга и от шума окружающей среды. Команда применила метод «томографии набора гейтов» для характеристики гейтов и оптимизации параметров. Достоверность результатов была подтверждена алгоритмом, выполняющим 800 операций с гейтами.

«Наше исследование демонстрирует, что спиновые кубиты в алмазе обладают уникальными преимуществами для квантовых вычислений», — комментирует Дживон Юн, соавтор работы. «Они хорошо защищены от шума и имеют естественную связь с фотонами, что открывает возможности для распределенных вычислений через квантовые сети».

Тим Таминиау, руководитель исследования, подчеркивает: «Хотя мы достигли важной вехи, впереди еще много задач. Нам предстоит сохранить качество гейтов при масштабировании до многих кубитов, перейти к интегрированной оптике и электронике на уровне чипа, разработать масштабируемые методы производства и создать новые архитектуры квантовых компьютеров».

Преимущества спиновых кубитов на основе алмаза выходят за рамки просто низкого уровня ошибок. Их способность работать при относительно высоких температурах значительно упрощает техническую реализацию квантовых компьютеров. Кроме того, естественная связь с фотонами делает их идеальными кандидатами для создания квантовых сетей, что открывает путь к распределенным квантовым вычислениям.

Это достижение, реализованное совместными усилиями QuTech (междисциплинарного исследовательского института квантовых технологий Делфтского технического университета), Fujitsu и Element Six, представляет собой значительный шаг на пути к практическим квантовым вычислениям и демонстрирует потенциал алмазных платформ для будущего квантовых технологий.


Новое на сайте

19817В Луксоре нашли стелу с римским императором в образе фараона 19816Экипаж Artemis II о моменте, когда земля исчезла за луной 19815Почему луна выглядит по-разному в разных точках земли? 19814Adobe экстренно закрыла опасную дыру в Acrobat Reader, которую хакеры использовали с... 19813Метеорный поток, рождённый из умирающего астероида 19812Когда робот пишет за тебя прощальную смс 19811Что общего у лунной миссии, толстого попугая, загадочной плащаницы и лекарства от диабета? 19810Какие снимки Artemis II уже стали иконами лунной программы? 19809Кто на самом деле хочет сладкого — вы или ваши бактерии? 19808Как рекламные данные 500 миллионов телефонов оказались в руках спецслужб? 19807Экипаж Artemis II вернулся на землю после десяти дней в космосе 19806Зелёная и коричневая луна: почему геологи Artemis II уже не могут усидеть на месте 19805Эксперты уверены в теплозащитном щите Artemis II, несмотря на проблемы предшественника 19804Выжить внутри торнадо: каково это — когда тебя засасывает в воронку 19803Аляскинские косатки-охотники на млекопитающих замечены у берегов Сиэтла
Ссылка