Самый умный квантовый компьютер появится уже в этом году: что в нем особенного

Квантовый компьютер на 256 физических и 10 логических кубитов от компании QuEra будет запущена в конце 2024 года. Он станет первой машиной с квантовой коррекцией ошибок, передает Live science.

Логические кубиты (физические квантовые биты, соединенные посредством квантовой запутанности) уменьшают количество ошибок в квантовых компьютерах и позволяют эффективно устранять сбои при выполнении расчетов.

Хотя анонсированный компьютер не обладает достаточной мощностью, чтобы его могли использовать ученые для своих нужд, он предоставляет платформу, на которой программисты могут начать тестировать разные коды для будущих квантовых компьютеров, что поможет сделать их лучше.

Как функционирует квантовый компьютер и в чем его проблема

В то время как обычные компьютеры хранят информацию в битах со значением 0 или 1, квантовые компьютеры используют кубиты, которые представляют собой суперпозицию между 0 и 1 благодаря законам квантовой механики. Кубиты также можно "склеить" при помощи квантовой запутанности, чтобы они могли одновременно существовать в нескольких состояниях. Это позволяет им выполнять вычисления намного быстрее, чем классические компьютеры. Но кубиты можно легко повредить, в результате чего и возникают ошибки. Примерно 1 кубит из 1000 выходит из строя, тогда как в классических машинах такое случается с 1 битом из 1 миллиарда миллиардов битов.

Квантовые компьютеры могли бы превзойти лучшие суперкомпьютеры, если бы они могли обеспечить работу миллиона кубитов, но самый большой квантовый компьютер, созданный на данный момент, имеет только около 1000 кубитов, а высокая частота отказов кубитов ограничивает масштабирование системы. Исправление ошибок могло бы противодействовать склонности кубитов к сбоям, и построение логических кубитов — один из способов сделать это.

Логические кубиты могут уменьшить квантовый шум

Новая система исправления ошибок QuEra основана на избыточности данных, при которой один и тот же фрагмент данных хранится в нескольких местах. Логические кубиты выполняют одни и те же вычисления для нескольких физических кубитов, что значительно снижает частоту ошибок в случае сбоя одного или нескольких физических кубитов, поскольку данные доступны в другом месте, поэтому вычисления могут продолжаться.

Чтобы создать логический кубит, исследователи написали компьютерный код, исправляющий ошибки обычных кубитов. Затем они устанавили так называемые логические ворота (специальные схемы между кубитами, чтобы запутать их, — ред.). После этого квантовый компьютер вычислил меру вероятности того, произойдет ли ошибка, или нет. Используя эту информацию, квантовый компьютер исправляет ошибки и переходит к следующему шагу.

В 2023 году лаборатория квантового искусственного интеллекта Google продемонстрировала уровень ошибок 2,9% при использовании 3-х логических кубитов. Уровень ошибок QuEra составляет 0,5% при 48-ми логических кубитах. Мировым лидером является Оксфордский университет, который достиг уровня ошибок менее 0,01% — но только между двухкубитными вентилями.

В прошлом году IBM также продемонстрировала технологию исправления ошибок в своем 127-кубитном чипе Heron, который снизил их количество в 5 раз по сравнению с другими чипами этого же производителя. Однако первая коммерческая отказоустойчивая квантовая машина появится не раньше 2029 года.

QuEra планирует запустить несколько квантовых компьютеров в ближайшие годы, начиная с машины с 30-ю логическими кубитами и 3000 физических кубитов, которая выйдет в 2025 году. Платформа с более чем 10 000 физических кубитов и 100 логическими кубитами будет построена к 2026 году.

Ранее мы сообщали о том, что мощнейший квантовый компьютер в мире будет работать в "облаке". Квантовый компьютер Advantage 2 в 20 раз лучше предшественника, потому что заставляет квантовые биты "волноваться" и "успокаиваться".