Физики предложили считывать кубит почти без разрушения его состояния

Международная группа физиков разработала метод считывания квантовой информации, при котором состояние кубита почти не меняется. В компьютерном моделировании точность восстановления состояния достигла 99,85%. Для этого не нужны дополнительные кубиты, которые обычно служат для защиты информации во время измерений.

Работу выполнили специалисты Университета Сан-Паулу и Пекинского технологического института под руководством Жозе Карлоса Эгеса и Юйгуя Яо. Проблема известна давно: кубит может находиться в суперпозиции состояний 0 и 1, но любое измерение способно эту суперпозицию разрушить и стереть исходную квантовую информацию. Существующие методы обходят это с помощью вспомогательных кубитов, однако такой подход требует дополнительных операций и оборудования, а при росте квантовых процессоров это становится серьёзным препятствием.

Авторы предложили использовать кубиты Андреева, названные в честь советского физика Александра Андреева. Их состояния возникают в нанометровых структурах между сверхпроводниками, и через такие структуры может течь сверхпроводящий ток, характеристики которого зависят от состояния кубита. Расчёты показали, что при суперпозиции двух состояний сверхток приобретает колебательную составляющую. Эти колебания возникают из-за квантовой интерференции и несут информацию о системе: постоянная составляющая тока и амплитуда колебаний показывают соотношение двух базовых состояний, а фаза колебаний отражает характер их квантовой связи.

Сам кубит при этом не измеряется напрямую. Предлагается поместить его в замкнутый сверхпроводящий контур рядом с SQUID, сверхпроводящим квантовым интерферометром, который регистрирует чрезвычайно слабые магнитные поля. По изменениям магнитного поля, создаваемого током, можно восстановить состояние кубита.

В моделировании с учётом помех и воздействия измерительного оборудования точность восстановления составила 99,52% при малом числе измерений, 99,81% и 99,85% при увеличении их количества. Кроме того, как отмечают авторы, последовательные измерения можно проводить без повторной подготовки кубита к исходному состоянию. Это может упростить архитектуру квантовых процессоров и сократить вспомогательные операции, нужные для обнаружения и исправления ошибок.

Пока речь идёт только о теории. Расчёты опираются на параметры существующих сверхпроводящих устройств, но сама измерительная схема не создана и экспериментально не проверена. Исследователи также признают, что полностью устранить влияние измерения на квантовое состояние невозможно, и вопрос в том, насколько малым это влияние окажется в реальном железе. Ответ на него дадут только лабораторные эксперименты.

По материалам: Новая наука