Недавние исследования, опубликованные в Nature Physics, подтверждают физическую реальность сохранения GKP-кодов с использованием естественных колебаний захваченного иона, который представляет собой заряженный атом итттербия. Впервые были реализованы квантовые запутанные ворота между ними.
Под руководством доктора Тингреи Тана из Университета Сиднея, ученые использовали точное управление гармоническим движением захваченного иона, чтобы преодолеть сложность кодирования GKP кубитов и продемонстрировать их запутанность.
«Наши эксперименты показали первую реализацию универсального набора логических ворот для GKP кубитов», — сказал доктор Тан. «Мы добились этого, точно контролируя естественные вибрации захваченного иона, что позволило манипулировать отдельными GKP кубитами или запутывать их в пару.»
Квантовые логические ворота
Логические ворота — это информационные переключатели, которые позволяют компьютерам, как квантовым, так и классическим, выполнять логические операции. Квантовые логические ворота используют запутанность кубитов для создания совершенно другой операционной системы, чем та, что используется в классических вычислениях, что объясняет великое обещание квантовых компьютеров.
Первый автор Василий Матсос, аспирант Школы физики и Sydney Nano, сказал: «Фактически, мы храним два логических кубита, которые можно исправлять, в одном захваченном ионе и демонстрируем их запутанность.
Мы сделали это с помощью программного обеспечения для квантового контроля, разработанного Q-CTRL, стартапом из Лаборатории квантового контроля, с физической моделью, чтобы проектировать квантовые ворота, минимизируя искажения логических кубитов GKP, чтобы они сохраняли свою сложную структуру во время обработки квантовой информации.
Новый этап в квантовых вычислениях с кодом исправления ошибок под названием "Камень Розетты"
Матсос запутал две «квантовые вибрации» одного атома. Захваченный атом вибрирует в трех измерениях, движение в каждом из которых описывается квантовой механикой и рассматривается как «квантовое состояние». Запутывая два из этих состояний, Матсос создал логические ворота, используя всего один атом, что является значительным достижением в квантовой технологии.
Этот результат значительно сокращает необходимое квантовое оборудование для создания таких логических ворот, позволяя программировать квантовые машины.
Доктор Тан отметил: «Коды исправления ошибок GKP давно обещают уменьшение аппаратных требований для решения проблемы ресурсных затрат при масштабировании квантовых компьютеров. Наши эксперименты достигли важного этапа, демонстрируя, что эти высококачественные квантовые управления предоставляют ключевой инструмент для манипуляции не только одним логическим кубитом.
Демонстрируя универсальные квантовые ворота с использованием этих кубитов, мы заложили основу для масштабной обработки квантовой информации в аппаратно эффективной манере.»
В ходе трех экспериментов, описанных в статье, команда доктора Тана использовала один ион итттербия, содержащийся в ловушке Пола. Это устройство использует сложный массив лазеров при комнатной температуре для удержания одного атома в ловушке, что позволяет контролировать его естественные вибрации и использовать их для создания сложных GKP-кодов.
Это исследование представляет собой важную демонстрацию того, что квантовые логические ворота могут быть разработаны с уменьшенным физическим количеством кубитов, повышая их эффективность.
Впечатляющий шаг вперед в квантовых вычислениях! Рад видеть, что новые методы позволяют снизить аппаратные требования для квантовых компьютеров. Это действительно может ускорить их массовое внедрение. Интересно, когда мы увидим первые коммерческие применения?
Впервые слышу о GKP-кодах и их роли в квантовых вычислениях. Звучит очень перспективно! Надеюсь, скоро станет понятно, как именно эти технологии будут использоваться в реальных приложениях. Спасибо за интересную статью!
Удивительно, как такие сложные процессы могут быть реализованы с помощью одного атома! Это действительно новое слово в науке. Интересно, насколько быстро разработчики смогут интегрировать это в существующие квантовые системы.