Для создания работающих квантовых компьютеров критически важно быстро и верно измерять квантовые состояния. Однако квантовые системы чрезвычайно хрупки, и даже малейшее вмешательство может вызвать ошибки. Ранее ученым удавалось повысить точность измерений лишь ценой замедления процедуры — чем дольше «слушаешь» квант, тем увереннее результат.
Группа исследователей из университета Бристоля (Великобритания) предложила оригинальное решение, описанное в статье Physical Review Letters. Они «обменяли» время на пространство, задействовав дополнительные кубиты. Кубит, в отличие от классического бита, может находиться в суперпозиции, то есть одновременно занимать несколько состояний, пока не будет измерен.
Один из авторов работы, аспирант Школы физики университета Крис Корлетт находит наглядное сравнение, чтобы объяснить суть их метода: «Представьте, что вам показывают изображение двух стаканов — в одном 25 мл воды, в другом 20 мл. Задача — понять, в каком стакане жидкости больше, глядя на картинку всего секунду. Это сложная задача, ведь разница невелика, и времени на точную оценку недостаточно. Если же увеличить длительность просмотра до двух секунд, уверенность в выборе растет — у мозга больше времени на обработку визуальной информации».
Авторы переносят эту аналогию на квантовые измерения: чем дольше вы «смотрите» на кубит, то есть проводите измерение, тем точнее результат. Но время — ресурс ограниченный, особенно в квантовых вычислениях, где сверхбыстрая работа систем критична.
Здесь в игру вступает ключевая инновация ученых — добавление дополнительного кубита. В рамках их схемы это как если бы вы не увеличивали время наблюдения за стаканами, а просто налили в них больше воды — теперь в одном 50 мл, а в другом 40 мл. Разница стала заметнее, и даже при коротком взгляде определить, где жидкости больше, значительно проще.
И что особенно важно — этот эффект накапливается. Если добавить еще один кубит, образно говоря, объемы вырастают до 75 и 60 мл, и теперь вы можете уверенно сделать вывод всего за 0,66 секунды. Таким образом, каждый новый кубит усиливает измерительный сигнал, не увеличивая при этом длительность самого измерения.
Именно в этом заключается изящность предложенного метода: точность измерения возрастает не за счет дополнительных секунд, а за счет «расширения» объема квантовой информации, которую можно собрать за то же время. Такой подход открывает путь к более надежным и быстрым операциям в квантовых системах, что имеет ключевое значение для создания рабочих квантовых компьютеров.
Разработанный подход может быть применен к различным аппаратным платформам квантовых устройств и, возможно, станет стандартным элементом процесса считывания квантовых состояний. Поскольку мировая гонка за создание высокопроизводительных квантовых компьютеров набирает обороты, новая схема ускоренных измерений обещает значительно повысить их надежность и эффективность, приближая эру практического квантового превосходства.
Ранее мы рассказывали о другом ярком эпизоде из мира квантовой физики — явлении, которое ученые назвали квантовым «дождем».
