Квантовые системы чрезвычайно чувствительны к шумам, которые вносят в вычисления ошибки. Решение этой проблемы — кодирование информации в виде логических кубитов, способных обнаруживать и исправлять такие ошибки. До сих пор исследователи применяли этот подход преимущественно на сверхпроводящих цепях, но не на кремнии, рассказывает IE.

Исследователи из Международной квантовой академии Шэньчжэня с атомной точностью разместили атомы фосфора в кремнии, обеспечив контроль над отдельными кубитами. Кроме того, они разработали методы снижения сигнальных помех — основного источника ошибок в квантовых системах. Используя четыре физических кубита, команда закодировала два логических кубита, способных обнаружить ошибки в процессе вычислений.

Для тестирования системы исследователи запустили квантовый алгоритм VQE (Variational Quantum Eigensolver) и провели расчеты основного состояния молекулы воды. Результат с высокой точностью совпал с теоретическим значением, показав способность системы решать практические задачи.

В процессе демонстрации возможностей метода была выполнена полная цепочка операций: подготовка состояний с проверкой ошибок, выполнение логических операций и их применение в алгоритме. Исследование показало, что кремниевые системы способны перейти от контроля небольшим числом кубитов к скоординированным операциям со встроенным обнаружением ошибок.

Кремний — основной материал современной полупроводниковой промышленности. Если он станет и основой квантовых компьютеров, это облегчит и ускорит производство квантовых вычислительных систем будущего.

Дальнейшие шаги ученых — повышение точности размещения атомов, дальнейшее снижение помех и увеличение числа кубитов на одном чипе. Долгосрочная цель — создание более крупных систем, способных выполнять сложные вычисления с контролем ошибок.

В прошлом году стартап Quantum Motion разработал на базе КМОП первый в мире полнофункциональный квантовый компьютер. Ключевой частью этого подхода стало создание криоэлектроники, которая соединяет кубиты с управляющими схемами, работающими при очень низких температурах.