Исследователи экспериментально реализовали метод, позволяющий применять сложные коды коррекции квантовых ошибок на сверхпроводниковой платформе, ранее считавшиеся несовместимыми с этой архитектурой. Подход основан на динамической переадресации вспомогательных кубитов и позволяет использовать более эффективные схемы защиты квантовой информации без усложнения архитектуры чипа.
Несмотря на значительный прогресс последних лет, практическое применение квантовых вычислений все еще ограничено из-за ошибок в вычислениях: вероятность сбоя в одной операции достигает порядка 10⁻³, тогда как для выполнения полезных алгоритмов требуется существенно более высокая точность. Решением является коррекция квантовых ошибок — способ кодирования информации, при котором некоторые кубиты используются как вспомогательные для обнаружения и исправления ошибок через измерение специальных коллективных характеристик системы. Однако в сверхпроводниковых процессорах применение ряда эффективных кодов затруднено из-за локальной связности: кубиты напрямую взаимодействуют только с ближайшими соседями, а не со всей системой.
Учёные НИТУ МИСИС совместно 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, организуя взаимодействие между удаленными элементами. Эксперимент на квантовом процессоре университета подтвердил работоспособность подхода.
«Поверхностный код хорошо подходит для сверхпроводниковых процессоров, но с ростом уровня защиты требует всё 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», — объясняет 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 отметила: «Коррекция квантовых ошибок — одно из наиболее стремительно развивающихся направлений квантовых вычислений. В нашем институте как одном из флагманов 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 интегрирован курс Ашота Аванесова „Введение в отказоустойчивые квантовые вычисления“. Мы также активно популяризируем 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»). Сверхпроводниковые квантовые процессоры разрабатываются в НИТУ МИСИС в рамках Дорожной карты по квантовым вычислениям Госкорпорации «Росатом».
