|
Волшебство, лежащее в основе квантовых компьютеров
|
|
|
|
Будущее квантовых компьютеров многообещающе, но на сегодняшний день это всего лишь обещание. Несмотря на то, что прорывы, по-видимому, постоянно подталкивают нас вперед в нашем стремлении создать настоящий универсальный квантовый компьютер, способный превзойти возможности даже наших самых лучших суперкомпьютеров, ученые еще не преодолели этот завидный порог.
|
|
|
|
Одним из основных барьеров, стоящих между сегодняшним днем и будущим компьютерным раем, является идея, известная как “квантовая коррекция ошибок”. Кубиты легко разрушаются из-за “шума”, который может исходить в виде электромагнитного излучения и даже просто температуры. Этот шум в конечном итоге приводит к декогеренции системы, превращая наш отличный квантовый компьютер в обычный классический. В то время как частота ошибок в обычных битах чрезвычайно мала, частота квантовых ошибок составляет в среднем около одной на 1000, что, по сути, довольно быстро превращает вычисления в непригодный для использования беспорядок.
|
|
|
|
Новое исследование, опубликованное в журнале Nature исследовательской группой из Массачусетского технологического института, Гарварда и компании QuEra, занимающейся квантовыми вычислениями, направлено на улучшение этого метода исправления ошибок, демонстрируя так называемую “магическую дистилляцию состояний” в логических кубитах.
|
|
|
|
..да, это предложение, возможно, стоит немного разобрать.
|
|
|
|
|
|
|
Во-первых, логические кубиты - это не те же физические кубиты, которые являются основными строительными блоками квантовых систем. Логические кубиты - это группы физических кубитов, которые совместно используют одну и ту же информацию и защищены уровнями кода, исправляющего ошибки. Идея заключается в том, что если один логический кубит выдаст ошибку, это не нарушит работу всей системы, поскольку эта информация уже содержится.
|
|
|
|
Уже более 20 лет ученые знают о так называемых “магических состояниях”, которые представляют собой высокоэффективные ресурсы, играющие ключевую роль в масштабировании отказоустойчивых квантовых систем. В пресс-релизе, сопровождающем исследование, QuEra сравнивает “магические состояния” с реактивным топливом.
|
|
|
|
Представьте себе дистилляцию в магическом режиме как квантовый эквивалент переработки сырой нефти в авиационное топливо: она превращает хрупкое и шумное сырье, производимое современными квантовыми системами, в высокооктановый ресурс, необходимый для надежной работы любого квантового алгоритма. Исходные магические состояния несовершенны, поэтому инженеры объединяют несколько копий и “перегоняют” партию в единую, более чистую версию.
|
|
|
|
Впервые исследователи выполнили этот процесс дистилляции в логических кубитах с помощью компьютера на нейтральных атомах QuEra. Они создали пакеты логических кубитов различных размеров, известных как Distance-3 и Distance-5. По сути, чем больше число, тем лучше логический кубит (например, он лучше способен исправлять ошибки). Затем они преобразовали пять несовершенных магических состояний в одно более чистое магическое состояние, переработав эту “сырую нефть” в высокооктановое реактивное топливо. Результаты показали, что конечное магическое состояние имеет более высокую точность, чем любое из входных данных, что доказывает возможность получения отказоустойчивого магического состояния.
|
|
|
|
“В этом эксперименте используются уникальные возможности матриц с нейтральными атомами...для решения одной из самых сложных задач квантовой коррекции ошибок”, - сказал Михаил Лукин, соавтор исследования из Гарвардского университета, в заявлении для прессы. “Это очень важный шаг на пути к практичным, универсальным квантовым процессорам”.
|
|
|
|
Коммерческий директор QuEra Юваль Богер в интервью Live Science сказал, что этот прорыв является настоящим шагом вперед. В прошлые годы ученые задумывались о том, возможны ли вообще квантовые компьютеры, а в последнее время университеты и технологические компании ищут способы сделать эти компьютеры менее подверженными ошибкам. Богер говорит, что теперь возникает вопрос: “Можем ли мы сделать эти компьютеры по-настоящему полезными?”
|
|
|
|
Если судить по истории, мы, возможно, уже знаем ответ на этот вопрос.
|
|
|
|
Источник
|
