Гонка за решением самой большой проблемы в квантовых вычислениях.

Ошибки, допускаемые квантовыми компьютерами, сдерживают развитие этой технологии. Однако недавние достижения в области квантовой коррекции ошибок вызвали большой интерес у многих исследователей.

Квантовые компьютеры уже существуют, но они допускают слишком много ошибок. Это, пожалуй, самое большое препятствие на пути к реальному применению этой технологии, но недавние прорывы позволяют предположить, что решение может быть уже не за горами.

Ошибки проникают и в традиционные компьютеры, но существуют хорошо отработанные методы их исправления. Они основаны на избыточности, когда дополнительные биты используются для обнаружения случаев ошибочной замены нулей на единицы или наоборот. Однако в квантовом мире это гораздо более сложная задача.

Законы квантовой механики запрещают дублирование информации внутри квантового компьютера, поэтому избыточность должна достигаться путем распределения информации по группам кубитов — строительных блоков квантовых компьютеров — и использования явлений, существующих только в квантовой среде, таких как связь пар частиц посредством квантовой запутанности. Эти группы кубитов называются логическими кубитами, и определение оптимального способа их построения и использования имеет решающее значение для определения наилучшего способа устранения ошибок.

Недавний всплеск прогресса вселяет оптимизм в исследователей. «Сейчас очень интересное время в области коррекции ошибок. Впервые теория и практика действительно соприкасаются», — говорит Роберт Шёлкопф из Йельского университета.

Одной из проблем квантовой коррекции ошибок является то, что количество кубитов, необходимых для создания логического кубита, как правило, велико, что делает создание квантового компьютера дорогостоящим и сложным процессом. Однако Сяюй Линьпэн из Международной квантовой академии в Китае и его команда недавно продемонстрировали, что это не обязательно так.

Исследователи обнаружили, что всего два сверхпроводящих кубита можно объединить с крошечным резонатором, чтобы создать один более крупный кубит, который не только совершает меньше ошибок, но и может автоматически отмечать ошибку, когда она происходит. Затем они пошли еще дальше и показали, как три таких кубита можно сгруппировать вместе посредством квантовой запутанности для наращивания вычислительной мощности без скрытых ошибок.

Команда Шёлькопфа также недавно продемонстрировала, как ряд операций, необходимых для программ квантовых компьютеров, может быть реализован с использованием одного и того же типа кубита и с исключительно низкой частотой ошибок, причём некоторые ошибки возникают лишь раз на миллион манипуляций с кубитами.

Хотя подобные подходы позволяют выявлять многие ошибки, для эффективных квантовых компьютеров потребуется наличие тысяч логических кубитов, а это значит, что некоторые ошибки всё равно будут проникать в систему. Поэтому Ариан Везваэ из стартапа Quantum Elements и его коллеги протестировали способ дополнительной защиты от ошибок для логических кубитов, подобно тому, как надевают дождевик под зонт.

Ключевая идея заключается в том, чтобы не позволять кубитам слишком долго оставаться в режиме ожидания, поскольку это приводит к потере их особых квантовых свойств и искажению. Команда показала, что дополнительное «воздействие» электромагнитного излучения на неактивные кубиты может создать самую надежную на сегодняшний день запутанность между логическими кубитами.

Точный рецепт объединения физических кубитов в логические имеет решающее значение для некоторых из самых точных вычислений, как обнаружили Дэвид Муньос Рамо из компании Quantinuum, занимающейся квантовыми вычислениями, и его коллеги, исследуя алгоритм, определяющий минимально возможную энергию молекулы водорода. В этом случае требуемая точность настолько высока, что базовых методов коррекции ошибок недостаточно.

Подобные инновации в программах коррекции ошибок будут иметь решающее значение для успеха или неудачи квантовых компьютеров, говорит Джеймс Вуттон из стартапа Moth Quantum. «Мы все еще находимся на этапе, когда исследователи изучают, как все части системы коррекции ошибок взаимодействуют друг с другом». Квантовые компьютеры пока не могут эффективно работать без ошибок, но мы начинаем видеть, как закладываются инженерные основы для этого, говорит он.

Темы:

• квантовые вычисления

Реклама

Подпишитесь на нашу еженедельную рассылку.

Получайте еженедельную порцию открытий прямо на свою электронную почту. Мы также будем держать вас в курсе событий New Scientist и специальных предложений.

Зарегистрироваться

Источник: www.newscientist.com