Квантовый бит, или кубит, — фундаментальная единица квантовой информации — представляет собой крайне нежную конструкцию. Даже слабое тепловое воздействие способно разрушить его состояние, подобно тому как случайный толчок опрокидывает хрустальный бокал, разбивая его вдребезги. Чтобы защитить эту хрупкую информацию, физики разработали трёхмерную квантовую структуру, напоминающую матрёшку.

Вдохновлённые идеями Питера Шора и Джона Прескилла о квантовой коррекции ошибок, авторы выстраивают защиту слой за слоем. Они берут простой энергетический ландшафт — профиль потенциальной энергии системы — и шаг за шагом усложняют его, вплетая узоры из меры беспорядка, или энтропии, и порядка. Специальные стабилизаторы — операторы, названные в честь Вольфганга Паули, — отталкивают тепловые возмущения, подавляя их влияние. Так кубит в основном состоянии системы — состоянии с наименьшей энергией — оказывается надёжно спрятан от разрушительного воздействия тепла.

В итоге время жизни информации растёт лавинообразно с каждым новым слоем — можно добиться сохранности, превышающей возраст Вселенной. Обычно квантовые состояния требуют охлаждения почти до абсолютного нуля, но здесь защита работает при реальных температурах, что приближает появление квантовых чипов без громоздких холодильников. Память, по устойчивости сравнимая с чёрной дырой, бросает вызов стандартной модели декогеренции — общепринятому описанию того, как квантовые системы теряют свои свойства из-за взаимодействия с окружением.