Исследователи квантовых технологий сообщили о важном экспериментальном достижении, которое может существенно приблизить разработку полноценных и масштабируемых квантовых вычислительных систем. Впервые была успешно проведена дистилляция магических состояний на логических кубитах — ключевом компоненте для реализации универсальных квантовых алгоритмов, устойчивых к ошибкам.
Магические состояния играют критическую роль в обеспечении вычислительной полноты квантовых систем. Они необходимы для выполнения нелинейных квантовых операций, которые не могут быть реализованы в рамках так называемой Клиффордовой группы операций. Без использования таких состояний невозможно достичь функциональности, превосходящей возможности классических суперкомпьютеров. До настоящего времени попытки дистиллировать магические состояния ограничивались физическими кубитами — элементами, уязвимыми к ошибкам, что существенно снижало надёжность вычислений.
Прорыв был достигнут на квантовой платформе Gemini, созданной с использованием нейтральных атомов. В ходе эксперимента была использована схема с кодами коррекции ошибок на расстояниях 3 и 5 — эти параметры определяют способность логических кубитов обнаруживать и устранять одну или две ошибки соответственно. Из пяти физических, неидеальных магических состояний исследователям удалось получить один высококачественный логический ресурс, пригодный для выполнения универсальных операций. Это стало возможным благодаря реализации механизмов коррекции ошибок уже на уровне логических элементов.
Данное достижение подтверждает практическую реализуемость концепции логических кубитов с магическими состояниями, предложенной в теоретических работах более 20 лет назад. Оно означает, что квантовые вычисления могут быть не только теоретически возможными, но и надёжными, масштабируемыми и применимыми в реальных задачах — от моделирования химических процессов до оптимизации логистических систем и разработки новых лекарств.
Как отмечает вице-президент компании-разработчика квантовой платформы и соавтор работы, Серхио Канту, магические состояния необходимы для запуска любого практически полезного квантового алгоритма. До этого момента оставался открытым вопрос о том, возможна ли их дистилляция на логических уровнях. Теперь этот вопрос закрыт: технология подтверждена экспериментально.
Перед исследовательским сообществом стоит следующая задача — переход от лабораторных прототипов к полнофункциональным квантовым компьютерам, способным выполнять вычисления, недоступные даже самым производительным классическим системам. Работа с логическими кубитами, оснащёнными магическими состояниями, — ключ к такому будущему.
