«Тёмная лошадка» квантовых вычислений только что доказала, что может стать универсальной
Исследователи впервые показали, что неабелевы анионы способны выполнять полный набор операций для универсальных квантовых вычислений, объединив браидинг и фузию на 54 кубитах
Короткое резюме
Учёные из Чикагского университета (Притцкеровская школа молекулярной инженерии), Гарварда, Университета Стони-Брук и Quantinuum впервые экспериментально продемонстрировали, что неабелевы анионы могут обеспечивать универсальный набор квантовых вентилей, необходимый для универсальных квантовых вычислений. На 54 запутанных кубитах процессора Quantinuum H2 они создали анионы, соответствующие симметрии S3, и показали, что комбинация браидинга и фузии позволяет выполнять любые квантовые операции. Результаты опубликованы в журнале Nature.
Универсальный квантовый компьютер должен уметь выполнять любой квантовый алгоритм, подобно обычному ноутбуку, запускающему разное программное обеспечение. Неабелевы анионы создаются внутри квантовых схем путём запутывания множества обычных кубитов в коллективное состояние, которое ведёт себя как новая частица. В 2024 году команда уже создала анионы, связанные с симметрией D4, но одного браидинга оказалось недостаточно для универсальных вычислений. В новой работе с симметрией S3 исследователи добавили фузию, при которой два аниона сводят вместе и измеряют результат, а также использовали пары анионов для кодирования топологических кутритов с тремя уровнями квантовой информации. Метод может обойти дорогостоящую дистилляцию или культивацию магических состояний, которые обычно требуются для отказоустойчивых вычислений.
Работа пока представляет собой доказательство принципа: активная коррекция ошибок в эксперименте не применялась, а проверялись отдельные строительные блоки метода. Тем не менее исследователи показали, что неабелевы анионы могут напрямую создавать магическое состояние с помощью топологических операций, минуя затратную дистилляцию. Следующий ключевой шаг — объединить эти операции с активной коррекцией ошибок. Если это удастся, неабелевы анионы могут стать практической основой для крупномасштабных отказоустойчивых квантовых компьютеров; кроме того, такие состояния могут помочь в изучении фундаментальной физики. Верресен уже работает с другими исследователями PME над методами стабилизации неабелевых квантовых памятей.
Впервые экспериментально показан универсальный набор квантовых вентилей на неабелевых анионах
Исследователи продемонстрировали полный набор операций, достаточный для универсальных квантовых вычислений
Использованы 54 запутанных кубита на процессоре Quantinuum H2
Анионы, связанные с симметрией S3, были созданы и протестированы на trapped-ion процессоре
Браидинг сам по себе недостаточен, но вместе с фузией открывает универсальность
Комбинация браидинга и фузии позволила получить один запутывающий вентиль и два типа измерений, которых не давал только браидинг
Метод может обойти дорогостоящую дистилляцию магических состояний
Неабелевы анионы позволили напрямую создать магическое состояние топологическими операциями, но пока без активной коррекции ошибок
Текст сгенерирован с использованием ИИ
