В квантовых вычислениях кубиты могут испытывать ошибки по нескольким причинам, связанным в основном с шумами в квантовых системах. Основные физические источники ошибок включают:

Декохеренция: Взаимодействие кубита с окружением (например, с тепловым шумом, электромагнитными полями и т.д.) может вызывать потерю квантовой информации. Это приводит к рассыпанию суперпозиций и нарушению когерентности состояний.

Спонтанное излучение: При переходах между энергетическими уровнями кубиты могут излучать кванты света (фотоны), что также приводит к потере информации.

Квантовые шумы: Эти шумы могут быть как связанными с измерениями (например, шумы в детекторах), так и внутренними, вызванными самим устройством.

Готовность системы: Неправильные или нестабильные управление квантовыми процессами могут также привести к ошибкам в вычислениях.

Коррекция квантовой ошибки — это важная область исследований в квантовых вычислениях, поскольку она позволяет поддерживать когерентность кубитов и уменьшать влияние ошибок. Основные методы коррекции ошибок включают:

Коды коррекции ошибок: Эти коды позволяют закодировать один кубит информации в несколько кубитов. Например, код Шора или код Тора, которые используют дополнительные кубиты для обнаружения и исправления ошибок.

Избыточность: Для коррекции ошибок часто используется избыточное представление кубитов. Например, при использовании трех кубитов, один из которых носит информацию, а два других — для обнаружения и исправления ошибок.

Протоколы пошагового измерения: В некоторых системах ошибки могут обнаруживаться за счет последовательных измерений, которые помогают сохранить состояние квантовой информации.

Адекватные квантовые операции: Использование специальных операций, которые корректируют систему во время вычислений и восстанавливают ее, как только ошибки удается обнаружить.

Динамическое декоплирование: Это метод, который уменьшает взаимодействие между кубитом и его окружением, тем самым уменьшая вероятность декохеренции.

Эти методы являются основой для построения надежных квантовых вычислительных систем, которые могут устойчиво выполнять вычисления даже в условиях наличия шумов и ошибок.