Ученые НИТУ МИСИС предложили метод адаптации нелокальных кодов коррекции квантовых ошибок для сверхпроводниковых процессоров

Исследователи успешно реализовали метод, который позволяет применять сложные коды коррекции квантовых ошибок на платформе с использованием сверхпроводников, ранее считавшиеся несовместимыми с этой архитектурой. Этот метод основан на динамической переадресации вспомогательных кубитов, что дает возможность использовать более эффективные схемы для защиты квантовой информации без усложнения архитектуры чипа. Об этом сообщили представители НИТУ МИСИС. Несмотря на значительный прогресс в последние годы, практическое использование квантовых вычислений все еще ограничено из-за ошибок в вычислениях: вероятность сбоя в одной операции составляет около 10⁻³, тогда как для выполнения полезных алгоритмов требуется значительно более высокая точность. Решением этой проблемы является коррекция квантовых ошибок — метод кодирования информации, при котором некоторые кубиты используются как вспомогательные для обнаружения и исправления ошибок через измерение специальных коллективных характеристик системы.

Тем не менее, в сверхпроводниковых процессорах применение ряда эффективных кодов затруднено из-за локальной связности: кубиты взаимодействуют только с ближайшими соседями, а не со всей системой. Ученые из НИТУ МИСИС вместе с коллегами из Российского квантового центра, МФТИ и «Сколтеха» нашли способ обойти это ограничение без усложнения архитектуры. Предложенный метод динамической переадресации позволяет «перемещать» вспомогательные кубиты по схеме процессора, обеспечивая взаимодействие между удаленными элементами. Эксперимент на квантовом процессоре университета подтвердил эффективность этого подхода.

«Поверхностный код хорошо подходит для сверхпроводниковых процессоров, но с увеличением уровня защиты требует все больше физических кубитов. Существуют более эффективные коды коррекции, однако они несовместимы с локальной архитектурой. Мы показали, что динамическая переадресация вспомогательных кубитов может позволить адаптировать такие схемы к существующим процессорам», — отметил научный сотрудник лаборатории сверхпроводниковых квантовых технологий НИТУ МИСИС и группы «Сверхпроводниковые кубиты и квантовые схемы» РКЦ Илья Симаков. Подробные результаты опубликованы в научном журнале Applied Physics Letters (Q1).

Дальнейшие исследования будут сосредоточены на двух ключевых направлениях: снижении уровня физических ошибок и разработке более эффективных кодов. Заместитель директора Института физики и квантовой инженерии НИТУ МИСИС Надежда Санникова подчеркнула, что коррекция квантовых ошибок — одно из наиболее быстро развивающихся направлений квантовых вычислений. В институте, который является одним из лидеров в подготовке квантовых инженеров и исследователей, уделяется большое внимание развитию навыков и компетенций в этой области. В прошлом году в программу магистратуры «Квантовое материаловедение» был включен курс Ашота Аванесова «Введение в отказоустойчивые квантовые вычисления». Также институт активно популяризирует это направление через программы дополнительного профессионального образования и научно-просветительские инициативы. Исследование выполнено в рамках стратегического технологического проекта НИТУ МИСИС «Квантовый интернет» по программе Минобрнауки России «Приоритет-2030» (национального проекта «Молодежь и дети»).

Источник