Науковці запропонували квантову архітектуру для моделювання ферміонів
Міжнародна команда дослідників з Інсбруцького університету та Інституту квантової оптики й квантової інформації (IQOQI) при Австрійській академії наук розробила нову архітектуру квантових процесорів, спеціально призначену для моделювання ферміонів — елементарних будівельних блоків матерії.
За словами фахівців, метод можна реалізувати вже сьогодні з використанням доступних технологій.
Дослідники виявили, що нейтральні атоми в оптичних пастках можна ефективно застосовувати для відтворення складних властивостей молекул і матеріалів. Використовуючи окремі атоми, які самі є ферміонами, команда змогла реалізувати їхні особливості безпосередньо на апаратному рівні.
Однією з ключових проблем для такого типу квантових процесорів залишалася інтеграція механізмів виправлення помилок. Класичні підходи з квантових обчислень тут малоефективні, адже кількість частинок у атомних системах зазвичай фіксована, що робить багато відомих методів непридатними.
У новому дослідженні цю перешкоду вдалося подолати завдяки концепції «ферміонного еталону», який складається з додаткових атомів. Це рішення дає змогу здійснювати контрольований обмін частинками між процесором і еталоном, створюючи суперпозиції з різною кількістю частинок. Таким чином стало можливим виправляти помилки навіть у системах із фіксованим числом ферміонів.
Автори роботи показали, що запропонована архітектура дозволяє будувати фундаментальні елементи для відмовостійких обчислень. Було доведено, що найпоширеніші типи помилок — зокрема фазові — можна ефективно виявляти та виправляти. У симуляціях ймовірність їх виникнення вдалося знизити на порядок.
«Це дослідження відкриває шлях до створення точніших і масштабованих ферміонних квантових комп’ютерів на базі вже доступних технологій. Воно відкриває нові перспективи для моделювання складних квантових систем, особливо у хімії та науці про матеріали», — наголосив керівник групи Ханнес Піхлер.
Нагадаємо, вчені з Лабораторії квантового контролю в Інституті нанотехнологій Сіднейського університету вперше продемонстрували новий тип квантових логічних вентилів, який суттєво зменшує кількість фізичних кубітів, необхідних для роботи.