Harvard и QuEra: 48 логических кубитов со сложными логическими схемами с обнаружением ошибок

Исследовательская группа Лукина из Гарвардского университета продемонстрировала 48 одновременных логических кубитов с использованием до 280 нейтральных атомов ⁸⁷Rb, интегрировав масштабирование поверхностного кода, отказоустойчивые алгоритмы и сложные схемы не-Клиффорда в единой архитектуре — первая демонстрация раннего квантового вычисления с исправлением ошибок.

В декабре 2023 года группа профессора Михаила Лукина из Гарвардского университета опубликовала в Nature знаковые результаты, демонстрирующие реконфигурируемый процессор логических кубитов на нейтральных атомах. В совместной работе участвовали исследователи из Гарварда, MIT, Caltech и NIST/Университета Мэриленда, при этом QuEra Computing имеет финансовую заинтересованность.

Используя реконфигурируемый массив нейтральных атомов на основе AOD с зональной архитектурой (три зоны: хранение, запутывание и считывание), команда одновременно активировала 48 логических кубитов через 16 блоков кода [[8,3,2]] (128 физических кубитов). Была выполнена схема выборки связности 4D-гиперкуба, содержащая 228 логических двухкубитных вентилей и 48 логических вентилей CCZ. Отдельно 40 логических кубитов были реализованы с помощью 2D цветовых кодов ([[7,1,3]]) с 280 физическими кубитами.

Были продемонстрированы три ключевых достижения:

Работа ниже порогового значения: Для поверхностных кодов на расстояниях d=3 до d=7 наблюдалось, что скорости логических ошибок Белла через поперечные вентили CNOT уменьшаются с увеличением расстояния кода, что подтверждает работу ниже порогового значения.
Отказоустойчивая подготовка состояний: Была достигнута точность инициализации 99,91% для состояния логического кубита |0_L⟩ — превышая точность физического квантового вентиля (99,5%). Была зафиксирована точность состояния GHZ на 4 логических кубита 99,85%.
Универсальные вентили не-Клиффорда: Вентили CCZ были поперечно реализованы с использованием физических вращений T·S в коде [[8,3,2]], реализуя универсальные вентили не-Клиффорда. При применении обнаружения ошибок оценка XEB улучшилась примерно в 10× по сравнению с реализациями физических кубитов сопоставимого масштаба.

Эти результаты представляют собой первую демонстрацию раннего квантового вычисления с исправлением ошибок (Early ECQC): совместное проектирование кодов исправления ошибок и квантовых алгоритмов показывает, что логическое кодирование может существенно улучшить производительность алгоритмов — ключевой рубеж на пути к масштабируемым отказоустойчивым квантовым вычислениям.