Измерения выявлены как источник ошибок в квантовых компьютерах

Группа учёных из Университета Сиднея и лабораторий IBM проанализировала влияние операций измерения, используемых для обнаружения и исправления ошибок, и установила, что сами процедуры считывания вносят вклад в общую частоту сбоев. В работе описан набор мер для уменьшения этого эффекта и повышения надёжности логических кубитов.

В исследовании показано, как операции считывания воздействуют на отдельные физические кубиты и как возникающие при этом помехи распространяются на логические кубиты — структуры из нескольких физических элементов, предназначенные для надёжного хранения информации. Рассмотрены изменения на программном уровне, такие как корректировка порядка измерений и протоколов коррекции, а также аппаратные подходы: снижение инвазивности измерений и усиление защиты вспомогательных кубитов.

В работе демонстрируется, что с увеличением числа физических кубитов и длительности расчётов ошибки, возникающие при процедуре коррекции, возрастают по значимости: даже при успешном обнаружении и исправлении исходной ошибки сама операция измерения может породить новую ошибку. Количественная оценка этого источника сбоев была одной из задач исследования.

Авторы предлагают оптимизировать расписание измерений, сократить время и энергозатраты на опрос вспомогательных кубитов и повысить изоляцию диагностических элементов. По оценкам команды, сочетание таких изменений может уменьшить темп накопления ошибок в логических кубитах и снизить число физических кубитов, необходимых для реализации одного логического кубита с заданной надёжностью.

В работе также проанализированы аппаратные параметры, наиболее чувствительные к измерительным помехам: вероятность случайного перехода состояний у вспомогательных кубитов и длительность периода, в течение которого основная вычислительная часть системы остаётся подверженной воздействию операций считывания. Авторы предлагают приоритеты для дальнейших улучшений в аппаратуре и схемах управления.

Исследование выполнено в контексте создания отказоустойчивых квантовых компьютеров, способных выполнять длительные алгоритмы без роста уровня ошибок. В качестве следующих шагов указаны тестирование предложенных подходов на различных аппаратных платформах и оценка их эффективности при масштабировании до систем с сотнями и тысячами физических кубитов.