Квантовый компьютер похож на оркестр, где каждый музыкант должен вступить точно в ноту. Если хоть один сфальшивит, мелодия расстраивается. В роли музыкантов — кубиты, хранящие информацию. Но кубиты на основе сверхпроводящих резонаторов (колебательных контуров без сопротивления) используют не один тон, а целый набор гармоник. Это позволяет втиснуть защиту от ошибок в один физический элемент — так называемый грид-стейт кубит.
Беда в том, что «настройка» такого оркестра — подготовка и измерение состояния — сама вносила много шума. Ошибка достигала десятых долей, что сводило на нет преимущества. Авторы работы применили хитрость: они заставили квантовую коррекцию ошибок работать как настойчивый дирижёр. Если попытка не удалась, схема повторяет её снова и снова, пока не получится чистое состояние. Этот метод «повторять до успеха» работает и для обычных вычислительных состояний, и для особых «магических», нужных для универсальных расчётов.
Второй штрих — улучшенное измерение. Раньше считывание путалось из-за конечной энергии и ошибок вспомогательного кубита. Теперь измерение само подстраивается под форму сигнала и меньше страдает от потери фотонов. Итог: суммарная ошибка подготовки и измерения упала ниже $10^{-3}$, то есть меньше одной тысячной. Это в сто раз лучше прежних результатов для грид-стейт кубитов.
Такой скачок точности стирает грань между грид-стейт платформой и привычными трансмонными кубитами — теми самыми, что уже работают в процессорах Google и IBM. Теперь грид-стейт кубиты не только экономят железо, но и сравнимы по надёжности. Оркестр наконец заиграл чисто.
Грид-стейт кубит использует не два уровня (0 и 1), а бесконечную лестницу энергетических ступенек в резонаторе. Это как хранить данные не в одной лампочке, а в целой гирлянде, где узор несёт информацию.