Укрощение кубитов: Google смогла сделать квантовый компьютер "идеальным"

Компания Google сделала огромный шаг к cозданию безошибочной квантовой системы, придумав новую схему для сохранения кубитов.

Они опубликовали исследование в журнале Nature. 

Ученые уже более 20-ти лет разрабатывают квантовые компьютеры. Проблема в том, что квантовые частицы, кубиты, более хрупкие, чем электрические сигналы, поэтому малейший контакт с окружающей средой может разрушить их, превратив в шум. При этом "логические" квантовые частицы в определенном состоянии нельзя продублировать, однако информацию, которую они хранят, можно передавать на множество физических, что помогает отсеивать ошибки. 

Так, кубиты Google, состоящие из цепочек сверхпроводящего металла, могут продержаться в двустороннем состоянии около 15-ти микросекунд, чего недостаточно для масштабирования системы. Однако исследователи создали цепочку из 11-ти кубитов с данными и снизили вероятность ошибки через 50 микросекунд с 40% до 0,2%. По словам ученых, состояние логического кубита сохраняется в течении времени, которое экспоненциально увеличивается вместе с количеством физических.

Как объяснил член исследовательской группы Джулиан Келли, их работа впервые во всем мире показала экспоненциальное подавление ошибок. По оценке физиков Google, они смогут бесконечно поддерживать логический кубит, если распределят данные по примерно тысяче физических. Келли признался, что пока команда не научилась "переворачивать" физические кубиты в исходное состояние, что необходимо для работы квантового компьютера. 

Кроме того, исследователи по прежнему не могут защитить систему от обеих типов ошибок, влияющих на кубиты: "перевороты" самих частиц и "перевороты" фазы (изменение математического взаимодействия битов), во время испытаний им удавалось подавить либо один тип ошибок, либо другой. По словам Джулиана Келли, для этого необходимо буквально перейти в другое измерение. По словам физика Кевина Сатцингера, для этого Google должна улучшить отдельные физические кубиты и снизить уровень их ошибок еще на 30%.

"Это было нашей целью с самого первого дня. Мы ожидаем, что достигнем этого в относительно ближайшем будущем — дата уточняется", — подытожил Келли. 

Как передает Science, математик из Калифорнийского университета в Дэвисе Грег Куперберг заявил, что ученые Google уже достигли некоторого прогресса и стоят на пороге настоящего прорыва в будущем. Йошка Роффе, физик-теоретик из Свободного университета Берлина, говорит, что американские исследователи оказались очень близко, чтобы полностью исправить ошибки в квантовых вычислениях.  

Ранее Google пообещала собрать универсальный квантовый компьютер к 2029 году. По словам куратора программы Quantum AI Хартмута Невена, устройство будет безошибочно выполнять задачи крупного бизнеса и научных учреждений.

Писали также, что ученые из Гарвардского университета объединили аналоговый компьютер с квантовым из 256 управляемых кубитов. Устройство уже может решать множество задач и может стать основой для программируемых квантовых компьютеров, состоящих из сотен кубитов.