Квантовый компьютер — капризный инструмент. Каждое измерение его состояния похоже на фотографирование быстро движущегося объекта: чем короче выдержка, тем больше шансов получить смазанный кадр. Но если потом умело обработать серию таких снимков, можно восстановить чёткую картину.
Именно так поступили исследователи. Они намеренно сократили длительность измерительных импульсов на ионном квантовом компьютере — это как уменьшить выдержку фотоаппарата. Из-за этого возросла вероятность ошибок, зато весь эксперимент стал заметно быстрее. Затем они применили протокол «надёжных теней»: чередовали этап калибровки с этапом оценки, а перед каждым измерением добавляли случайные операции, которые симметризуют ошибки, делая их предсказуемыми и устранимыми.
Протокол испытали на трёх типах квантовых состояний: случайном локальном состоянии, стандартном состоянии для оптимизационного алгоритма QAOA и состоянии с корреляциями Паули. Во всех случаях удалось скомпенсировать возросшие ошибки и получить достоверные результаты. Это открывает путь к более быстрым квантовым вычислениям без потери точности.
Квантовые измерения часто разрушают состояние системы, поэтому физики используют «теневую томографию» — статистическую реконструкцию свойств по множеству неполных измерений, как восстановление лица по множеству размытых фотографий.