Новое исследование демонстрирует новые методы коррекции ошибок, которые, по словам ученых, позволят создать систему в 20 000 раз более мощную, чем любой существующий сегодня квантовый компьютер.
В двух новых исследованиях, загруженных 2 и 3 июня на сервер препринтов arXiv, ученые показали новые методы смягчения и исправления ошибок, которые в достаточной степени справляются с этими ошибками и позволяют масштабировать аппаратное обеспечение в девять раз эффективнее, чем это было возможно ранее.
Новая система, получившая название «Старлинг», будет использовать 200 логических кубитов, состоящих примерно из 10 000 физических кубитов. За ней в 2033 году последует машина под названием «Blue Jay», которая будет использовать 2 000 логических кубитов.
В новом исследовании, которое еще не прошло рецензирование, описываются квантовые коды IBM с низкой плотностью проверок на четность (LDPC) — новая парадигма отказоустойчивости, которая, по словам исследователей, позволит квантовому компьютерному оборудованию выйти за рамки прежних ограничений.
Джей Гамбетта (Jay Gambetta), вице-президент IBM по квантовым операциям, сказал Live Science: «Научная проблема решена» для расширенных отказоустойчивых квантовых вычислений. Это означает, что масштабирование квантовых компьютеров теперь является лишь инженерной задачей, а не научным препятствием, добавил Гамбетта.
Похожие: Квантовый чип ‘Willow’ от Google решил задачу, для решения которой лучшему суперкомпьютеру потребовалось бы в квадриллион раз больше возраста Вселенной
Хотя квантовые компьютеры существуют уже сегодня, они способны обогнать классические вычислительные системы (использующие двоичные вычисления) только на специальных задачах, которые предназначены только для проверки их потенциала.
Одним из самых больших препятствий на пути к квантовому превосходству, или квантовому преимуществу, стало увеличение масштаба квантовых процессоров (QPU).
По мере того как ученые добавляют все больше кубитов в процессоры, ошибки в вычислениях, выполняемых QPU, увеличиваются. Это происходит потому, что кубиты по своей природе «шумные» и ошибки возникают чаще, чем в классических битах. По этой причине исследования в этой области в основном сосредоточены на квантовом исправлении ошибок (QEC).
Путь к отказоустойчивости
Исправление ошибок является основополагающей задачей для всех вычислительных систем. В классических компьютерах двоичные биты могут случайно переходить из единицы в ноль и наоборот. Эти ошибки могут усугубиться и сделать вычисления неполными или привести к полному отказу.
Квантовые биты, используемые для квантовых вычислений, гораздо более подвержены ошибкам, чем их классические аналоги, из-за дополнительной сложности квантовой механики. В отличие от двоичных битов, кубиты несут дополнительную «фазовую информацию».
Это позволяет выполнять вычисления с использованием квантовой информации, но при этом значительно усложняет задачу исправления ошибок.
До сих пор ученые не знали, как именно масштабировать квантовые компьютеры от нескольких сотен кубитов, используемых в современных моделях, до сотен миллионов, которые теоретически необходимы для того, чтобы сделать их общеполезными.
Но разработка LDPC и его успешное применение в существующих системах стали катализатором перемен, говорит Гамбетта.
Коды LDPC используют набор проверок для обнаружения и исправления ошибок. В результате отдельные кубиты участвуют в меньшем количестве проверок, а в каждой проверке участвует меньшее количество кубитов, чем в предыдущих парадигмах.
