Създадени са първите устойчиви на грешки фотонни квантови процесори

Канадският стартъп Xanadu, който се отличи с изграждането на квантови симулатори на базата на чипове на Nvidia, обяви първия в света фотонен кубит, устойчив на грешки, вграден в чип. Технологията на компанията е базирана на сравнително новата теория за квантовите състояния на Gottesman-Kitaev-Preskill (GKP), която позволява създаването и работата на кубитове при стайна температура, отваряйки пътя към мащабиране на квантови платформи.

По-рано тази година Xanadu представи четири-рейковия квантов компютър Aurora. В нова статия, публикувана в Nature, специалистите на компанията демонстрират потенциала за отказоустойчивост на фотонен кубит, базиран на GKP състояния. В крайна сметка всички съвременни проблеми с квантовите платформи се свеждат до висока честота на изчислителни грешки, които не могат да бъдат решени с традиционните методи за коригиране на грешки.

Квантовите състояния на Gottesman-Kitaev-Preskill са добри, защото разчитат на груповото поведение на фотоните (в общия случай, бозоните). Поради множеството фотони в състояние на суперпозиция, шумът или погрешното превключване на отделни фотони не нарушава цялостното квантово състояние на групата, представляваща един кубит. В този случай квантовите състояния се кодират чрез лъчева модулация и могат да се променят чрез проста рекомбинация на няколко лъча от лазерен източник или с помощта на помпен лазер. Специалната ценност на тази технология е, че измерванията и контролът се извършват с конвенционални инструменти при стайна температура.

Проблемът с мащабирането на подобни системи досега е бил, че лъчите взаимодействат във въздух или вакуум. Разработчиците от Xanadu са успели да реализират такова взаимодействие - по същество кубит - в силиций. По-точно, върху силициево-нитридна подложка. Според тях това е първото в света решение на чип с устойчив на грешки фотонен кубит. Работата, публикувана в Nature, потвърждава истинността на това твърдение.

Създадената схема е далеч от идеална и има трудности при броенето на единични фотони - един от ключовите елементи на платформата Xanadu. Тя обаче доказва възможността за работа със състояния на GKP не в отворена среда, а в напълно затворена система чип-оптично влакно. Благодарение на това платформата може бързо да бъде мащабирана до милион кубита, което компанията обещава да демонстрира не по-късно от 2029 година.