Китайские физики смоделировали новое состояние материи

Китайские физики смоделировали новое состояние материи, которое может помочь квантовым компьютерам противостоять ошибкам, долгое время препятствовавшим развитию этой технологии, согласно исследованию, опубликованному в журнале Science в пятницу. Команда под руководством Пань Цзяньвэя из Университета науки и технологии Китая использовала программируемый квантовый процессор для создания защищённых «угловых состояний», которые демонстрируют необычную устойчивость к воздействию окружающей среды.

Этот прорыв знаменует собой первую экспериментальную реализацию неравновесных топологических фаз высшего порядка — типа материи, который не существует в природе. Используя сверхпроводящий квантовый процессор Zuchongzhi 2, команда Паня расположила кубиты в массиве шесть на шесть и выполнила более 50 циклов квантовых операций для моделирования этих экзотических состояний. Угловые моды, защищённые математическими принципами топологии, показали большую устойчивость к возмущениям по сравнению с обычными квантовыми состояниями.

Новый подход к квантовой стабильности

Квантовые компьютеры открывают перспективы для решения задач, недоступных классическим машинам, но их фундаментальные единицы — кубиты — печально известны своей хрупкостью. Даже незначительный шум окружающей среды может разрушить деликатную квантовую информацию, которую они несут, что является проблемой, ограничивающей сложность квантовых устройств.

Вместо того чтобы полагаться исключительно на традиционные методы коррекции ошибок, требующие множества дополнительных кубитов, команда Пана исследовала топологическую защиту. Исследователи из USTC и Университета Шаньси продемонстрировали, что квантовые эффекты можно зафиксировать в углах смоделированного материала, создав то, что некоторые описали как «квантовую броню» против ошибок.

Последствия для квантовых вычислений

Эта работа в конечном итоге может привести к созданию более надежной квантовой памяти или логических устройств, хотя значительные препятствия остаются. Угловые состояния существуют в тщательно контролируемой моделируемой среде и потребуют обширного тестирования в реальных условиях. Пань, которого журнал Nature ранее называл "отцом квантовой физики", играет центральную роль в стремлении Китая создать практичные, отказоустойчивые квантовые компьютеры.

"Наша работа может позволить использовать программируемые квантовые процессоры для исследования экзотических топологических фаз материи высшего порядка в неравновесных условиях", — написали исследователи в журнале Science. Будущие усилия, вероятно, будут сосредоточены на расширении за пределы текущей конфигурации из 36 кубитов и интеграции этих защищенных режимов в практическое квантовое оборудование.