Steanovo kódování. Kredit: Ryan-Anderson et al. (2024), Science.

Jedním ze zásadních problémů ve vývoji praktického kvantového počítače je tendence kvantových systémů generovat při výpočtech chyby. Jedním z možných řešení je zavedení logických qubitů (logic qubit), které představují abstrakci založenou na kvantovém provázání několika fyzických qubitů. Použití logických qubitů umožňuje opravovat některé typy chyb. Představují slibný přístup pro konstrukci rozsáhlých a vůči chybám odolných kvantových počítačů.

Logický qubit. Kredit: S. Kelley/NIST.

Tým kvantových inženýrů a fyziků společnosti Quantinuum nedávno jako první úspěšně teleportoval logický qubit s postupem odolným vůči chybám. V experimentu sehrál klíčovou roli jejich kvantový procesor H2 s platformou obsahující až 30 iontů (H2 trapped-ion quantum processor), díky němuž mohli přenést kvantově kódovaná data s využitím kvantově provázaných fyzických qubitů.

Logické qubity jsou méně náchylné k chybám než fyzické qubity, protože nepodléhají vlivu šumu a jsou vytvořeny postupem, který do jisté míry chyby opravuje. Problém nastává při teleportaci logického qubitu s využitím kvantového provázání. Tým společnosti Quantinuum využil při řešení tohoto úskalí dvě různé metody: transverzální přístup (transversal) a chirurgii mřížky (lattice surgery).

Logo. Kredit: Quantinuum.

Transverzální přístup zahrnuje operace s více qubity současně, což umožňuje větší kontrolu procesu a rychlejší teleportaci. „Chirurgie mřížky“ zase využívá manipulace s hranicemi qubitů, což zajišťuje větší kompatibilitu mezi různými systémy. Ciarán Ryan-Anderson a jeho kolegové zjistili, že oba přístupy zajistí teleportaci logických qubitů a že každý z nich, jak to už bývá, má své výhody i nevýhody. Například chirurgie mřížky je při teleportaci logického qubitu méně přesná.

Během teleportace využili dekódování v reálném času pomocí Steanova kódování (Steane code), nástroje pro opravu kvantových chyb. Tento postup aplikovali na čtyřech místech teleportačního procesu. Výsledkem byla teleportace logického qubitu. Úspěšný výzkum společnosti Quantinuum představuje další významný krok na cestě k prakticky použitelnému kvantovému počítači.

Video: Ciaran Ryan-Anderson (Quantinuum): Realization of Real-time Fault-tolerant Quantum Error Correction

Understanding Logical Qubits with Quantinuum

Quantinuum System Model H2: 56 Qubits Challenging the World's Best Supercomputers

Literatura

Phys.org 1. 10. 2024.

Science 385: 1327–1331.