Квантовый компьютер на атомах впервые оснастили непрерывной коррекцией ошибок

Гонка за создание первого по-настоящему практически полезного квантового компьютера выходит на новый уровень. Машина на сверхохлажденных атомах иттербия-171 успешно преодолела несколько технических сложностей на пути к применению, войдя в немногочисленную группу таких же многообещающих устройств.

Квантовые компьютеры, у которых на сегодня просматриваются хоть какие-то перспективы, можно разделить на несколько основных групп. Самые «раскрученные» — на сверхпроводящих кубитах (Google, IBM), которые требуют температур, близких к абсолютному нулю. Хорошие результаты показывают фотонные машины (Xanadu, PsiQuantum) и на ионных ловушках (IonQ, Quantinuum).

Еще одна категория, которая набирает обороты в последнее время — квантовые компьютеры на нейтральных сверхохлажденных атомах. К ним относится машина компании Atom Computing, которую разработчики сумели оснастить непрерывной коррекцией ошибок.

«Это жирная галочка⁠ в списке возможностей систем на нейтральных атомах. Раньше различия между нашими экспериментами были огромными скачками, а теперь речь идет просто о том, чтобы делать все лучше, быстрее и дешевле», — говорит основатель и руководитель компании Бен Блум.

Метод коррекции ошибок заключается в распределении информации между несколькими кубитами. Часть из них используется как система оповещения — если произошла ошибка, они сигнализируют об этом, позволяя ее исправить.

Команда показала, что группы кубитов, задействованных в коррекции ошибок, можно увеличивать с 16 до 32 без внесения дополнительных ошибок. Более того, в с ростом этого количества частота ошибок оказалась даже ниже. Это важно, потому что именно наращивание числа кубитов в конечном счете и делает квантовый компьютер мощнее.

Самым главным достижением Блум считает продолжительность вычислений с исправлением ошибок без остановки — до 90 циклов: «Нашей целью всегда было... запустить коррекцию ошибок в бесконечном режиме».

Решение промышленно значимых задач потребует как большого количества кубитов, так и продолжительных вычислений в непрерывном режиме. В Atom Computing утверждают, что добились и того, и другого.

«Это исследование — первое, в котором в одном эксперименте объединены все возможности, необходимые для создания реального квантового компьютера на нейтральных атомах», — подчеркивает Джефф Томпсон из Принстонского университета.

По его словам, это потребовало настоящего экспериментального подвига, однако и общие показатели ошибок, и скорость вычислений еще можно улучшить.

Это еще один шаг к созданию квантового компьютера нейтральных атомах, который действительно можно будет эксплуатировать непрерывно — примерно так же, как обычные классические компьютеры работают без остановки, согласен Марк Саффман из Висконсинского университета в Мэдисоне. Тем не менее, за 90 циклов ошибки все же накопились, хотя и менее 1%, добавляет он.

По словам Блума, они с коллегами уже работают над устранением некоторых из этих ошибок, и он уверен в возможностях дальнейшего улучшения характеристик квантового компьютера. Он рассчитывает, что в совокупности с работами других исследовательских групп машины этого типа составят достойную конкуренцию сверхпроводящим кубитам.

«Эта работа наглядно показывает, что многие физические ограничения, которые не давали нейтральным атомам быть столь же впечатляющими, как сверхпроводящие кубиты, постепенно уходят», — заключает Блум.

«Я ожидаю быстрого прогресса в ближайшее время... во всей индустрии», — подтверждает Томпсон.