В квантовом компьютере кубит похож на канатоходца: любое дуновение ветра — и равновесие потеряно. Ошибки накапливаются, и вычисление рассыпается. Обычно их исправляют, сравнивая соседние кубиты, но это как просить канатоходца оглядываться на соседей — лишние движения и риск. В новой работе физики сделали иначе: кубит, оступившись, сам кричит «я упал!», и его сразу ловят.
Для этого использовали сверхпроводящий транзмон — кубит с тремя уровнями энергии, как лестница с тремя ступеньками. Логические ноль и единица — это нижняя и верхняя ступеньки, а средняя — ловушка для ошибок. Если кубит случайно соскальзывает, он попадает не в неверное состояние, а на среднюю ступеньку, и это сразу видно. Специальный вспомогательный кубит-наблюдатель проверяет, не оступился ли основной, и при необходимости возвращает его на место.
Учёные также научили вспомогательный кубит выполнять две работы сразу: следить за ошибками и проверять чётность при создании запутанных пар. Это как один ассистент, который и страхует канатоходца, и подаёт ему шест. В результате удалось получить пары кубитов, связанных квантовой запутанностью, с предупреждением о любой ошибке. Такой подход не требует новых сложных схем — он работает на уже существующих квантовых чипах.
Квантовые компьютеры обещают решать задачи, недоступные обычным, — от моделирования молекул до оптимизации маршрутов. Но без надёжного исправления ошибок они остаются лишь дорогими игрушками. Схема со «стирающими» кубитами приближает день, когда квантовый процессор будет считать долго и без сбоев, как канатоходец, научившийся падать безопасно.
Транзмон — это сверхпроводящая цепь, которая ведёт себя как искусственный атом. Его энергетические уровни можно настраивать, как ступеньки лестницы, меняя магнитное поле.