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

19723Что если вселенная никогда не начиналась с точки бесконечной плотности? 19722Доживёт ли комета MAPS до субботы? 19721Квантовый процессор IBM побил сразу два рекорда — что это меняет? 19720Как северная Корея похитила $285 миллионов у Drift через предподписанные транзакции? 19719Как хакеры через одну дыру в Next.js украли ключи от 766 серверов? 19718Artemis II покинул земную орбиту и летит к луне 19717NASA показало невиданные снимки кометы 3I/ATLAS и запечатлело старт лунной миссии Artemis... 19716Сифилис появился 4000 лет назад — или его находили не там, где искали? 19715Энергетический дисбаланс земли зашкаливает, и учёные не могут это объяснить 19714Cisco закрыла две критические уязвимости с рейтингом 9.8 из 10 в системах IMC и SSM 19713Водород из хлебных крошек: реакция, которая может потеснить ископаемое топливо 19712Китайский спутник с «рукой осьминога» прошёл орбитальный тест дозаправки 19711Кто такие поэты и почему поэзия важна сегодня? 19710Фальшивые установщики и ISO-файлы: как киберпреступники зарабатывают на майнинге и троянах 19709Почему большие языковые модели так и не научились думать
Ссылка