Ця надзвичайна крихкість може зробити квантові обчислення безнадійними. Але в 1995 році прикладний математик Петро Шор Відкрийте для себе Розумний спосіб зберігання квантової інформації. Його кодування мало дві основні характеристики. По-перше, він може допускати помилки, які впливають лише на окремі кубіти. По-друге, він прийшов з процедурою виправлення помилок, коли вони виникають, запобігаючи їх накопиченню та зриву процесу обчислення. Відкриття Шора було першим прикладом квантового коду з виправленням помилок, і його ключові властивості є відмінними рисами всіх таких кодів.
Перша властивість випливає з простого принципу: конфіденційна інформація є менш вразливою, коли її розділено. Подібну стратегію використовують шпигунські мережі. Кожен шпигун знає дуже мало про мережу в цілому, тому організація залишається в безпеці, навіть якщо окрему особу спіймано. Але коди квантової корекції помилок доводять цю логіку до крайності. У мережі квантового шпигунства жоден шпигун взагалі нічого не знав би, але разом вони знали б багато.
Кожен код квантової корекції помилок є певним рецептом для розподілу квантової інформації між багатьма кубітами в колективній суперпозиції. Ця процедура ефективно перетворює масив фізичних кубітів в один віртуальний кубіт. Повторіть процес кілька разів із великим набором кубітів, і ви отримаєте багато віртуальних кубітів, які можна використовувати для виконання обчислень.
Фізичні кубіти, які складають кожен віртуальний кубіт, схожі на тих нічого не підозрюючих квантових шпигунів. Виміряйте будь-який із них, і ви нічого не дізнаєтесь про стан віртуального кубіта, частиною якого він є, властивість, яка називається локальною нерозрізненістю. Оскільки кожен фізичний кубіт не кодує жодної інформації, помилки в окремих кубітах не пошкодять обчислення. Важлива інформація так чи інакше є всюди, але ніде конкретно.
«Ви не можете прив’язати його до будь-якого окремого кубіта», — сказав Кабітт.
Усі коди квантової корекції помилок можуть вмістити принаймні одну помилку без будь-якого впливу на закодовану інформацію, але всі вони врешті-решт здадуться, коли помилки накопичаться. І тут починається друга особливість кодів квантової корекції помилок, яка є власне корекцією помилок. Це тісно пов’язане з локальною нерозрізненістю: оскільки помилки в окремих кубітах не знищують жодної інформації, завжди можливо Скасуйте будь-яку помилку Використання встановлених процедур для кожного коду.
Покаталися
Чжи Лі, докторант Периферійного інституту теоретичної фізики у Ватерлоо, Канада, добре знався на теорії квантової корекції помилок. Але ця тема була далека від його думки, коли він почав розмову зі своїм колегою Летам Бойл. Це була осінь 2022 року, і двоє фізиків їхали вечірнім шатлом із Ватерлоо до Торонто. Бойл, експерт із нециклічної плитки, який на той час жив у Торонто, а зараз працює в Единбурзькому університеті, був знайомим обличчям у цих маршрутках, які часто застрягають у інтенсивному русі.
«Зазвичай вони можуть бути дуже жалюгідними», — сказав Бойл. «Це було як найкраще в історії».
До того фатального вечора Лі та Бойл знали про роботу один одного, але сфери їхніх досліджень безпосередньо не збігалися, і вони ніколи не розмовляли сам-на-сам. Але, як і незліченна кількість дослідників у незв’язаних областях, Лі цікавився неперіодичними плитками. «Дуже важко не бути зацікавленим», – сказав він.
“Професійний вирішувач проблем. Тонко чарівний любитель бекону. Геймер. Завзятий алкогольний ботанік. Музичний трейлер”
