Молекулярный подход к квантовым вычислениям уменьшает количество ошибок

Многие концепции квантовых компьютеров основаны на атомах или искусственных атомоподобных электрических цепях. В новом теоретическом исследовании, опубликованном в журнале Physical Review X, группа физиков Калифорнийского технологического института демонстрирует преимущества менее изученного подхода, базирующегося не на атомах, а на молекулах.

«Об использовании молекул для кодирования информации думают с 2001 года, но мы показываем, что молекулы, которые сложнее атомов, могут уменьшить количество ошибок в квантовых вычислениях», — говорит ведущий автор, докторант теоретической физики Виктор Альберт (Victor Albert).

Эффект квантовой суперпозиции, позволяющий кубитам находиться одновременно в нескольких состояниях, обеспечивает квантовым компьютерам экспоненциальное превосходство в вычислительной мощности перед классическими. Но суперпозиция это очень капризное явление, кубиты легко теряют квантовую когерентность, что порождает ошибки в вычислениях.

Авторы статьи считают, что такие ошибки легче предотвратить если кубиты состоят из молекул. Для этого они предложили применить концепцию обхода принципа неопределённости Гейзенберга, сформулированную в Калтехе 20 лет назад.

Принцип неопределенности подразумевает, что квантовые состояния кубитов не могут быть известны достаточно хорошо, чтобы определить, произошли ли ошибки. Однако, можно обнаружить мельчайшие изменения положения и импульса частицы, не измеряя точные значения этих характеристик. Это позволит понять, что произошла ошибка, и вернуть систему в правильное состояние.

Такая схема коррекции ошибок недавно была реализована в устройствах со сверхпроводящими кубитами. В новой статье она применяется к вращающимся молекулам в суперпозиции. Если ориентация или угловой момент молекулы сдвигается на небольшую величину, эти сдвиги можно одновременно скорректировать.

«Молекулы привлекательны тем, что это очень сложные структуры, которые могут быть очень плотно упакованы, — говорит Джейкоб Кови (Jacob Covey,), соавтор статьи. — Если мы сможем выяснить, как использовать молекулы в квантовых вычислениях, то сможем надёжно кодировать информацию и улучшить эффективность упаковки кубитов».