تقليل أسيّ لأخطاء البتات والأطوار بتصحيحها دوريًا

يستلزم تحقيق أقصى استفادة من إمكانات الحوسبة الكمية تقليل معدلات الأخطاء المنطقية إلى القدر المناسب. وتتطلَّب تطبيقات عديدة معدلات خطأ منخفضة تصل إلى ^15-10، لكنَّ معدلات الخطأ الفيزيائي التي تقع فيها المنصات الكمية الحديثة عادةً ما تبلغ حوالي ^3-10. ويحمل تصحيح الخطأ الكمي إمكانات واعدة بسدِّ هذه الفجوة من خلال توزيع المعلومات المنطقية الكمية عَبر العديد من الكيوبتات الفيزيائية بطريقة يمكن معها كشف الأخطاء وتصحيحها. ويمكن تقليل الأخطاء التي تحملها حالة الكيوبت المنطقي المشفَّر تقليلًا أسيًّا مع زيادة عدد الكيوبتات الفيزيائية، بشرط أن تكون معدلات الخطأ الفيزيائي أقل من قيمة حرجة معينة، ومستقرة طوال عملية الحوسبة.  

في هذا البحث المنشور، يطبِّق الباحثون أكوادَ تكرارٍ أحادية البُعد مُدمجة في شبكة ثنائية الأبعاد من كيوبتات فائقة التوصيل تُظهِر تقليلًا أسيًّا لأخطاء تَبَدُّل البتات، أو أخطاء تَبَدُّل الأطوار، ما يُقلِّل الخطأ المنطقي في كل دورة تصحيح أكثر من 100 ضعف عند زيادة عدد الكيوبتات من 5 إلى 21. والأهم من ذلك أن تقليل الخطأ هذا يكون مستقرًّا على مرِّ ما يزيد على 50 دورة من تصحيح الخطأ. وكذلك يُقدِّم الباحثون طريقة لتحليل ارتباطات الأخطاء بدقة عالية، ما يتيح لهم تمييز موضع الخطأ في أثناء إجراء تصحيح الخطأ الكمي.

وأخيرًا، يُجرِي الباحثون عملية كشف للأخطاء باستخدام كود سطحي صغير مُعرَّف على شبكة ثنائية الأبعاد من الكيوبتات المنطقية على الجهاز نفسه، ويُظهِرون أنَّ النتائج المستمدة من كلٍّ من الأكواد أحادية البُعد، والأكواد ثنائية الأبعاد تتسق مع عمليات محاكاة عددية تستخدم نموذجًا بسيطًا لخطأ ناجم عن إزالة الاستقطاب. تُتيح هذه البراهين التجريبية بِنية تحتية لإنشاء حاسوب كمي قادر على تحمُّل الأخطاء، وقابل لتغيير حجمه باستخدام كيوبتات فائقة التوصيل.