Квантовый процессор поразительной точности представила Microsoft

Ученые создали набор логических кубитов, частота ошибок которых в 800 раз ниже, чем у физических, что прокладывает путь к надежным квантовым компьютерам.

Одно из слабых мест квантовых вычислений — большое количество ошибок, или «шум». Так как вычисления идут на квантовом уровне, частицы кубитов (квантовых битов, единиц информации для квантовых компьютеров) начинают беспорядочно взаимодействовать не только друг с другом, но и с совершенно посторонними частицами. Чтобы исправить ошибки и сохранить квантовую информацию, кубиты объединяют в так называемый логический кубит, который создает избыточность, усиливающую надежность. Логические кубиты — это совокупность физических кубитов, связанных квантовой запутанностью, и они уменьшают количество ошибок, сохраняя одну и ту же информацию в разных местах.

В новой статье, опубликованной на сервере препринтов arXiv, ученые из Quantinuum и Microsoft продемонстрировали эксперименты с четырьмя логическими кубитами, созданными с использованием 30 физических в квантовом процессоре H2.

Авторы провели 14 000 экспериментов с базовой квантовой схемой, состоящей из логических кубитов, без каких-либо ошибок.

Они надеются, что эта технология может быть интегрирована в будущий гибридный суперкомпьютер, оснащенный 100 надежными логическими кубитами — этого будет достаточно, чтобы предоставить квантовое превосходство и решать коммерческие задачи.

Биты в обычных вычислениях имеют частоту ошибок 1 на 1 миллиард миллиардов, физические кубиты — примерно 1 из 100. Новые логические кубиты, по заявлению Microsoft, — всего 1 на 100 000.

Исследователи добились этого улучшения, применив метод, называемый «извлечение активного синдрома», к кубитам с ионными ловушками. Метод предполагает диагностику и исправление ошибок во время вычислений без разрушения логических кубитов. Это очень важно, потому что любое вмешательство в «работу» частиц внутри кубита, даже для исправления ошибок, сразу же ведет к нарушению их состояния, а значит — к увеличению ошибок.

Извлечение активного синдрома работает благодаря тому, что логический кубит составлен определенным образом. Логический кубит включает в себя немного дополнительных физических кубитов, которые не хранят данные вычислений, но показывают, что там происходит. Ученые смогли заглянуть внутрь блока как бы со стороны, выявить и исправить ошибки по мере их появления, не нарушая процесс расчетов.

Представители Microsoft утверждают, что это исследование представляет собой переход к так называемым квантовым вычислениям «уровня 2», когда у ученых есть квантовое оборудование с низким уровнем ошибок, которое можно масштабировать. Цель состоит в том, чтобы создать машины третьего уровня и достичь так называемого «квантового превосходства», когда квантовые компьютеры станут более мощными и способными, чем самые быстрые аналоговые суперкомпьютеры.