Впервые учёным удалось осуществить в лабораторных условиях дистилляцию магических состояний на логических кубитах — важный этап, необходимый для создания высокомощных и надёжных квантовых компьютеров.
Дистилляция магических состояний — способ получения ресурсов для сложных вычислений, которые превосходят возможности суперкомпьютеров. Эти состояния не являются универсальными логическими элементами, но позволяют осуществлять операции, важные для квантовых вычислений. Без них устойчивые к ошибкам логические кубиты, объединяющие физические кубиты, не могут выполнять вычисления, недоступные классическим системам.
Дистилляция ресурсов до сих пор осуществлялась только на уровне физических кубитов, склонных к ошибкам, что не позволяло использовать устойчивые логические схемы. В новом эксперименте на платформе Gemini (разработанной компанией QuEra), основанной на нейтрально-атомных квантовых ресурсах, впервые удалось произвести дистилляцию магических состояний на логических кубитах с коррекцией ошибок.
Работа использовала код с расстояниями 3 и 5, где расстояние определяет количество ошибок, которые можно обнаружить и исправить в логическом кубите. Расстояние 3 позволяет обнаружить и исправить одну ошибку, а расстояние 5 — до двух. Из пяти неидеальных магических состояний был получен один высококачественный ресурс для вычислений с применением нелинейных (не-Клиффордовых) квантовых операций. Реализация таких операций необходима для достижения «квантового превосходства».
«Магические состояния расширяют возможности вычислений, — говорит Серхио Канту, вице-президент QuEra и автор исследования. — Практически любой значимый квантовый алгоритм нуждается в них. Раньше было непонятно, можно ли это осуществить на логических кубитах — сейчас у нас есть ответ».
Авторы подчёркивают, что это открытие ведёт к масштабируемым и устойчивым квантовым вычислениям, где логические схемы защищены от ошибок и могут выполнять универсальные алгоритмы. Следующая задача учёных — переход от прототипов к полным вычислительным системам, способным решать задачи, недоступные классическим суперкомпьютерам.