Это победа: ученые решили главную проблему квантовых компьютеров

Исследователи Массачусетского технологического института (МТИ) значительно продвинулись на пути усовершенствования квантовых вычислений, продемонстрировав технику, которая устраняет общие ошибки в самой важной операции квантовых алгоритмов — операции с двумя кубитами, или "вентиле".

Об этом сообщается на сайте института.

"Несмотря на огромный прогресс на пути к возможности выполнять вычисления с низким уровнем ошибок со сверхпроводящими квантовыми битами (кубитами), ошибки в двухкубитных вентилях, одном из строительных блоков квантовых вычислений, все еще имеют место быть", — говорит Енкю Сун, аспирант МТИ. "Мы продемонстрировали, как можно резко сократить количество таких ошибок".

В квантовых компьютерах обработка информации — чрезвычайно тонкий процесс, выполняемый хрупкими кубитами, которые подвержены декогеренции, т.е. потере связи вследствие взаимодействия квантовомеханической системы с окружающей средой. 

Ранее исследователи предлагали создать настраиваемые элементы связи, позволяющие включать и выключать двухкубитные взаимодействия для управления операциями, сохраняя хрупкие кубиты. Идея настраиваемого ответвителя также была процитирована инженерами Google в ходе недавней демонстрации преимущества квантовых вычислений над классическими вычислениями.

При использовании этого метода устранение ошибок похоже на очистку луковицы: очистка одного слоя открывает следующий. В этом случае, даже при использовании перестраиваемых элементов связи, двухкубитовые вентили все еще были подвержены ошибкам, возникающим в результате остаточных нежелательных взаимодействий между двумя кубитами и между кубитами и устройством связи. В результате, генерировались новые ошибки, количество которых увеличивалось с увеличением количества кубитов и вентилей, что негативно влияло на работу квантовых процессоров. Но теперь ученые предлагают новый подход.

"Теперь мы пошли дальше концепции настраиваемого ответвителя и достигли 99-процентной точности работы двух основных типов вентилей с двумя кубитами, известных как вентили Controlled-Z и вентили iSWAP", — говорит Уильям Д. Оливер, сотрудник лаборатории Линкольна Массачусетского технологического института. "Шлюзы с более высокой точностью увеличивают количество операций, что дает возможность выполнять более сложные алгоритмы и в более крупных масштабах".

Чтобы устранить ошибки, возникающие в ходе взаимодействия кубит-кубит, исследователи использовали более высокие уровни энергии ответвителя. В предыдущей работе такие энергетические уровни ответвителя игнорировались.

"Усовершенствованные управление и конструкция ответвителя — ключ к адаптации кубит-кубитового взаимодействия", — гуверен Сун.

В квантовых компьютерах следующего поколения будут исправлены ошибки, а это означает, что будут добавлены дополнительные кубиты для повышения надежности и мощности квантовых вычислений.

По словам Оливера, устройства, использованные в исследовании, проведенном в лаборатории Линкольна Массачусетского технологического института, сыграли фундаментальную роль в достижении повышения точности операций с двумя кубитами.

"Изготовление устройств с высокой когерентностью — это первый шаг к реализации высокоточного управления", — говорит он.

Сун считает, что "высокий уровень ошибок в двухкубитовых вентилях значительно ограничивает способность квантовых компьютеров запускать специальные приложения, способные решить такие задачи, как квантово-химическое моделирование". Но теперь и эта проблема будет устранена.

До сих пор на квантовых компьютерах моделировались только небольшие молекулы, и это моделирование можно было легко выполнить на обычных компьютерах.

"В этом смысле наш новый подход к уменьшению ошибок двухкубитных вентилей является своевременным в области квантовых вычислений и помогает решить одну из наиболее критических проблем с квантовым оборудованием сегодня", — говорит он.

Ранее мы сообщали о том, что студент из Австралии придумал революционный алгоритм для квантовых компьютеров. Эксперты назвали идею, предложенную молодым человеком, гениальной и простой.