Американские исследователи продемонстрировали на практике часть принципа самокоррекции ошибок в квантовых компьютерах: система с двумя этапами имитирует хаос и затем восстанавливает порядок, что является основой для устойчивости вычислений в будущем оборудовании. Эксперимент проводился на существующей платформа IBM и нацелен на то, чтобы показать, как такие проверки и коррекции можно выполнять в реальном времени во время вычислений.

Участники проекта — физики из Rutgers University, IBM и коллеги — объясняют, что для построения квантового компьютера с Fault Tolerance проверки и исправления должны происходить не один-два раза, а множество раз в ходе одной операции. По словам Джедидии Пикли (Jedediah Pixley), это важный шаг на пути к устойчивой к ошибкам квантовой архитектуре.

Для испытаний применили 156-кюбитный квантовый процессор IBM Quantum Heron, при этом задействовали до 100 квбитов одновременно. Система была настроена на чередование двух задач: «распыление» хаоса по устройству и «управление», то есть сброс тех квбитов, которым требуется коррекция. Это соответствовало принципу, по которому будут работать схемы коррекции ошибок в будущем.

В ходе эксперимента баланс между распылением и сбросом менялся в процессе испытаний. За почти 5000 операций с квбитами и почти 5000 проверок и сбросов порядок возвращался тогда, когда проверки и сбросы составляли более половины общих операций. Результаты показывают согласованность эксперимента с теорией и являют собой свидетельство «квантового» перехода — коллективного поведения системы, а не случайности малой схемы.

Исследование, опубликованное в Nature Physics, подчёркивает, что такие механизмы проверки и коррекции должны быть масштабируемыми и усложняться, чтобы реально применяться в квантовых вычислениях. Однако ученые считают, что текущие данные служат стресс-тестом для управляющих контуров, которые могут держать квантовые системы в упорядоченном состоянии. Авторы отмечают, что переход между хаосом и контролем наблюдается как зависимая от параметров квантовая фаза.