Новый трюк с кубитами поможет сделать квантовые компьютеры в 200 раз меньше

Ученые из Французской национальной исследовательской лаборатории INRIA и разработчики аппаратного обеспечения Alice & Bob (США) построили 100 надежных логических кубитов, используя всего лишь 1500 физических кубитов. Этот подход поможет значительно уменьшить квантовые машины в размере, передает interesting engineering.

Квантовые компьютеры могут выполнять сложные вычисления за относительно короткие промежутки времени. Однако быстрый темп вычислений имеет недостаток — большое количество ошибок, которые необходимо постоянно исправлять. Это стало серьезным препятствием на пути внедрения квантовых компьютеров.

Для создания одного надежного логического квантового бита (квантовый бит — кубит, — единица информации в квантовом компьютере, использующаяся для вычислений, — ред.), работающего без ошибок, требуется около 1000 физических кубитов. Чтобы запустить, к примеру, алгоритм Шора, потребуется 20 млн кубитов, а это значит, что квантовый компьютер должен быть просто огромным.

Исследователи из Alice & Bob поставили задачу — сократить количество физических кубитов, необходимых для генерации безошибочных логических кубитов за счет одномерного кода исправления ошибок. Этот подход помог сократить количество физических кубитов, необходимых для запуска алгоритма Шора, до 350 тыс., то есть в 60 раз. Ученые также использовали класс кодов исправления ошибок, снижающих требования к оборудованию для исправления ошибок. Теперь разработчики из Alice & Bob и INRIA объединили оба этих подхода, чтобы добиться прорыва в области квантовых вычислений.

"Наше решение сделает квантовые компьютеры более экономными в плане энергопотребления, — сказал Тео Пероннен, генеральный директор Alice & Bob. — Новая архитектура может запускать алгоритм Шора с менее чем 100 тыс. физических кубитов, что в 200 раз лучше, по сравнению с другими квантовыми машинами, использующими 20 млн кубитов".

Теоретическая работа усовершенствовала коды за счет реализации вентилей и связи ближнего действия на квантовых чипах. Сокращение вычислительных мощностей, затрачиваемых на исправление ошибок, может позволить запустить квантовый компьютер всего с 1500 физическими кубитами.

"Улучшив коррекцию на порядок, мы сможем создать актуальные для отрасли логические кубиты на аппаратной зрелой технологии", — добавил Жан-Франсуа Бобье, директор Boston Consulting Group, — компании также принимавшей участие в разработках.

Ранее мы писали о том, что новое открытие изменит работу электроники и компьютеров нового поколения. Революционную технологию исследователи сравнивают с флеш-памятью, которая пришла на смену громоздким жестким дискам на магнитах.