|
Как создать отказоустойчивый квантовый компьютер
|
|
|
|
Давно известно, что космические лучи способны вызывать ошибки в работе квантовых компьютеров, исправлять которые кратно сложнее, чем в случае классических вычислительных систем. Учёные из Китая доказали прямую связь между лучами из космоса и сбоями в кубитах, предложив способ их компенсации. Самое интересное, что тот же метод можно использовать для изучения космических лучей и даже для поиска таинственной тёмной материи.
|
|
|
|
Кубиты или квантовые биты отличаются высокой чувствительностью к любым физическим воздействиям — от вибраций до магнитных полей. Прилетающие из космоса частицы и даже гамма-излучение земного происхождения также способны влиять на квантовые состояния кубитов. Для оценки воздействия двух последних явлений учёные из Пекинской академии квантовой информатики в сотрудничестве с коллегами из профильных институтов создали установку, в которой совместили 63-кубитовый сверхпроводящий квантовый процессор и датчики мюонов и гамма-лучей.
|
|
|
|
Датчики были расположены прямо под процессором, что позволило связать попадание частиц в процессор и состояние кубитов. В ходе опытов выяснилось, что примерно раз в 67 секунд кубиты реагировали на мюоны (продукт распада высокоэнергичных космических частиц в атмосфере Земли) и гораздо чаще — на гамма-излучение (фотоны соответствующих частот). В общей сложности 81,6 % всплесков квазичастиц в кубитах были вызваны гамма-излучением, а оставшиеся 18,4 % — мюонами.
|
|
|
|
|
|
|
Следует пояснить, что учёные следили за так называемой зарядовой чётностью кубитов (charge-parity states). Частицы извне разрывали куперовские пары электронов в сверхпроводящем материале кубита, превращая отдельные электроны в квазичастицы. Это вело к изменению чётности заряда в кубите. Точнее, в кубитах возникал всплеск появления квазичастиц в ответ на пролетевшие мюоны или гамма-фотоны, который фиксировали приборы. Это позволило найти чёткую связь между попаданием в квантовый процессор энергичной частицы и сбоем кубита.
|
|
|
|
Обшивка криогенной камеры с процессором и датчиками свинцом снизила влияние гамма-фотонов на сбои кубитов, но мюоны это никак не задержало. По-хорошему квантовые компьютеры придётся прятать глубоко под землю, чтобы добиться отказоустойчивых квантовых вычислений, что не сделает эту технологию массовой.
|
|
|
|
С другой стороны, обнаруженная связь между сбоями кубитов и частицами из космоса поможет создать алгоритмы для коррекции таких ошибок. В крайнем случае, датчики мюонов могут просто отключать сбойные участки квантового процессора. Это усложнит квантовые системы, но позволит работать, не зарываясь под землю.
|
|
|
|
Исследование подняло важный вопрос, который ставит под сомнение перспективы отказоустойчивых квантовых компьютеров на гипотетических фермионах Майораны. Тем более, что в компании Microsoft утверждают, что у них есть прототип процессора на этих частицах. Вернее, процессор Majorana 1 оперирует квазичастицами, имитирующими поведение фермионов Майораны. Китайские учёные показали связь между космическими частицами и нестабильностью квазичастиц, что требует более пристального внимания к процессору Microsoft и, в целом, к перспективам фермионов Майораны в качестве основы для кубитов. А ведь это главные кандидаты на отказоустойчивые квантовые компьютеры!
|
|
|
|
Важным следствием установки связи между космическими частицами и кубитами стало то, что созданные китайцами установки могут стать детекторами неизвестных физике частиц, включая поиск тёмной материи. Но это будет уже другая история.
|
|
|
|
Источник
|
