Компьютерные ученые заявили, что им удалось раскрыть принципы коррекции ошибок в квантовых компьютерах благодаря новым «4D-кодам».
Разработанные Microsoft, эти коды были представлены в блоге компании 19 июня и, как утверждается, решают проблему отказоустойчивости — возможно, главного препятствия на пути развития квантовых вычислений.
Почему квантовые ошибки так сложно исправить?
Все компьютеры подвержены ошибкам. В классических вычислениях коррекция достигается за счет дублирования битов информации. Если часть данных теряется или повреждается, оставшиеся копии позволяют восстановить исходную информацию.
Однако кубиты нельзя скопировать, а их измерение приводит к «коллапсу» квантового состояния. Это делает обнаружение и исправление ошибок (которые возникают гораздо чаще, чем в классических битах) крайне сложной задачей.
Стандартный метод коррекции ошибок в квантовых системах предполагает добавление дополнительных физических кубитов, запутанных с логическими кубитами (которые несут полезную информацию). Вместо измерения логических кубитов (что разрушило бы их состояние), ученые проверяют ошибки через связанные физические кубиты, позволяя вычислениям продолжаться.
4D-коды: новый подход Microsoft
Обычно 4D-коды используются для создания самокорректирующейся квантовой памяти, моделируя топологию квантовых процессов на четырехмерной решетке. Однако большинство современных методов либо сложно масштабировать, либо они требуют огромных ресурсов.
Microsoft заявляет, что их новые геометрические 4D-коды требуют меньше физических кубитов на логический кубит, обнаруживают ошибки за один проход и снижают уровень ошибок в 1000 раз.
«Наши четырехмерные геометрические коды позволяют эффективно увеличивать число логических кубитов при умеренном количестве физических, обеспечивая низкую глубину логических циклов и универсальную отказоустойчивость», — заявила Криста Свор, технический руководитель Microsoft Quantum.
«Скрученная» геометрия: ключевое открытие
В статье, опубликованной 18 июня в arXiv, ученые описали новый метод «скручивания» торического 4D-кода, используемого для коррекции ошибок.
Им удалось оптимизировать геометрию кода, сократив число необходимых запутываний физических кубитов без потери эффективности. Это позволило создать более точное отображение квантового состояния, обнаруживая ошибки, не нарушая работу системы.
13 июня в другом препринте исследователи подтвердили работоспособность метода, протестировав его на существующих квантовых компьютерах. Обе работы еще не прошли рецензирование.
Замена кубитов «на лету»
Еще одним прорывом стал метод замены потерянных атомов-кубитов во время вычислений. В некоторых системах кубиты создаются с помощью лазерных пинцетов, удерживающих нейтральные атомы. Иногда эти атомы теряются, что прерывает вычисления.
Ученые Microsoft разработали способ впрыскивать новые атомы в массив с помощью атомного пучка, не нарушая текущие операции. Это первый подобный метод в мире.
Гонка квантовых технологий
Открытие Microsoft стало вторым крупным прорывом в коррекции ошибок за последние недели. 10 июня IBM заявила о разработке метода, который, по их мнению, приведет к созданию практически полезного квантового компьютера к 2029 году.
Если подход IBM основан на аппаратной оптимизации, то метод Microsoft предлагает универсальное решение, потенциально применимое в различных квантовых системах.
Будущее квантовых вычислений становится ближе, и новая эра отказоустойчивых квантовых компьютеров может начаться уже в этом десятилетии.
