Primeira demonstração bem -sucedida da correção de erros quânticos de qudits para computadores quânticos

No mundo da computação quântica, a dimensão do espaço de Hilbert – a medida do número de estados quânticos que um computador quântico pode acessar – é uma posse valorizada. Ter um espaço Hilbert maior permite operações quânticas mais complexas e desempenha um papel essential na ativação da correção de erros quânticos (QEC), essencial para proteger informações quânticas contra ruído e erros.

UM Estudo recente por pesquisadores da Universidade de Yale publicados em Natureza criou qudits – um sistema quântico isso segura Informações quânticas e pode existir em mais de dois estados. Usando um Qutrit (sistema quântico de três níveis) e um Ququart (sistema quântico de quatro níveis), os pesquisadores demonstraram o primeiro experimental de sempre Correção de erro quântico Para unidades quânticas de alta dimensão usando o código bosônico Gottesman-Kitaev-Preskill (GKP).

A maioria dos computadores quânticos no mercado geralmente processa informações usando estados quânticos chamados qubits-unidades financiadas semelhantes a um pouco em um computador comum que pode existir em dois estados bem definidos, acima (1) e abaixo (0) e também 0 e 1 ao mesmo tempo, devido à superposição quântica. O espaço de Hilbert de um único qubit é um espaço vetorial complexo bidimensional.

Como o maior é melhor, no caso do espaço de Hilbert, o uso de qudits em vez de qubits está ganhando muito interesse científico.

Os qudits podem fazer tarefas exigentes, como criar portões quânticos, executar algoritmos, criar estados especiais de “mágica” e simular sistemas quânticos complexos mais fáceis do que nunca. Para aproveitar esses poderes, os pesquisadores passaram anos construindo computadores quânticos baseados em Qudit com a ajuda de fótons, átomos de ultracold e moléculas e circuitos supercondutores.

A confiabilidade da computação quântica depende fortemente do QEC, que protege informações quânticas frágeis de ruído e imperfeições. No entanto, a maioria dos esforços experimentais no QEC está focada exclusivamente em qubits, e assim os qudits ficaram no banco de trás.

Os pesquisadores deste estudo apresentaram a primeira demonstração experimental de correção de erros para um Qutrit e um Ququart, usando o código bosônico Gottesman – Kitaev -Preskill (GKP). Para otimizar os sistemas como memórias quânticas ternárias e quaternárias, os pesquisadores optaram por um algoritmo de aprendizado de reforço, um tipo de aprendizado de máquina que utiliza um método de tentativa e erro para encontrar a melhor maneira de corrigir erros ou operar portões quânticos.

O experimento ultrapassou o ponto de equilíbrio para correção de erros, mostrando um método mais prático e com eficiência de {hardware} para QEC, aproveitando o poder de um espaço maior de Hilbert.

Os pesquisadores observam que o aumento das taxas de perda de fótons e destaque dos estados do GKP Qudit pode levar a uma redução modesta durante a vida útil das informações quânticas codificadas em qudits lógicos, mas, em troca, fornece acesso a estados quânticos mais lógicos em um único sistema físico.

Os resultados demonstram a promessa de realizar computadores quânticos robustos e escaláveis ​​e podem levar a avanços em criptografia, ciência dos materiais e descoberta de medicamentos.

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