Как обычное стекло помогло изменить теорию квантовых вычислений

Ученые Корнелльского университета обнаружили скрытое квантовое состояние, которое может кардинально изменить подходы к квантовым вычислениям и коррекции ошибок. В их исследовании, опубликованном в журнале Physical Review B , говорится, что атомы стекла на микроскопическом уровне демонстрируют уникальное сочетание свойств жидкости и твердого тела, что стало аналогией для описания нового квантового состояния.

Квантовое состояние, названное "квантовым спин-стеклом", характеризуется одновременным беспорядком и жесткостью: изменение состояния одного кубита влечет за собой изменение всех остальных. Это открытие было сделано во время работы над проектом, направленным на изучение квантовых алгоритмов и методов коррекции ошибок в квантовых вычислениях.

Профессор физики Эрих Мюллер отметил, что некоторые типы информации в квантовых алгоритмах, похожих на их модель, защищены автоматически. Исследование, в котором участвовали докторант Вайбхав Шарма и ассистент профессора Чао-Мин Цзянь, финансировалось Грантом Новых Границ Колледжа искусств и наук.

Особое внимание в исследовании уделено разработке новых стратегий коррекции ошибок для квантовых компьютеров. Мюллер предложил упростить архитектуру квантовых компьютеров, разработав новый метод коррекции ошибок, вызванных внешними помехами, такими как космические лучи или магнитные поля.

Ключевым элементом в коррекции ошибок является избыточность: если отправить три копии бита, можно определить ошибку, сравнив их друг с другом. Исследователи обнаружили, что при использовании нескольких кодовых слов для представления одной и той же информации появляется дополнительная свобода в упрощении процесса обнаружения и исправления ошибок.

Мюллер подчеркнул, что их первоначальная цель была не просто создать лучшую схему защиты от ошибок, а изучить общие свойства всех квантовых алгоритмов. В результате была обнаружена неожиданная структура, включая наличие порядка спин-стекла, который может содержать скрытую информацию, потенциально полезную для вычислений, хотя пока не ясно, как именно.

Это открытие открывает новые перспективы в области квантовых вычислений, предлагая инновационные подходы к обработке и защите информации в квантовых системах.