Квантовые вычисления
Исследователи Quantinuum добились прорыва в квантовых вычислениях. Они продемонстрировали работу с 94 защищенными логическими кубитами. Это означает, что закодированные кубиты показали лучшие результаты, чем незащищенные операции на процессоре с захваченными ионами.
Новое исследование сообщает о частоте ошибок логических вентилей на уровне одной ошибки на десять тысяч операций. Это значительно ниже погрешностей аппаратных вентилей самого процессора.
Команда использовала закодированные кубиты для выполнения эталонных тестов. Среди них были большие запутанные состояния и симуляция квантовой магнитной системы. Это демонстрирует, как защищенные от ошибок кубиты могут обеспечить более масштабные и надежные квантовые вычисления.
Квантовые компьютеры должны научиться самостоятельно исправлять ошибки. Только так они смогут решать практические задачи. Данная работа — важный шаг к созданию таких систем.
В экспериментах на процессоре с захваченными ионами ученые Quantinuum провели квантовые расчеты с участием до 94 логических кубитов. Это единицы квантовой информации, защищенные кодами обнаружения ошибок.
Согласно исследованию, закодированные вычисления показали производительность «за гранью точки безубыточности». Это значит, что защита кубитов повысила точность вычислений, а не ухудшила ее.
Работа предполагает, что современное квантовое оборудование достигает уровня, когда квантовые вычисления с коррекцией ошибок могут масштабироваться за пределы небольших лабораторных демонстраций.
«В нашей последней работе мы сделали большой шаг к крупномасштабным отказоустойчивым квантовым вычислениям, получив до 94 кубитов с обнаружением ошибок (и 48 кубитов с коррекцией ошибок) всего из 98 физических кубитов», — сообщают исследователи. «С 64 нашими логическими кубитами мы смогли смоделировать квантовый магнетизм в масштабе, чрезвычайно трудном для классических компьютеров».
Квантовые компьютеры обещают решать определенные задачи, непосильные для обычных компьютеров. Это включает симуляцию сложных молекул и материалов. Они работают на основе кубитов — квантовых битов. Кубиты могут находиться в суперпозиции состояний и запутываться друг с другом.
Однако эти хрупкие квантовые состояния легко нарушить. Взаимодействие с окружающей средой, несовершенное оборудование и случайный электромагнитный шум могут вносить ошибки. Они быстро накапливаются во время вычислений.
Для решения этой проблемы исследователи используют квантовую коррекцию ошибок. Эта техника распределяет информацию одного логического кубита по нескольким физическим кубитам. Если некоторые из этих кубитов подвергаются ошибкам, система может обнаружить и иногда исправить ошибку, не разрушая квантовую информацию.
Проблема в том, что сама коррекция ошибок создает накладные расходы. Кодирование кубитов требует дополнительных операций и оборудования. Это увеличивает вероятность ошибок.
«Неофициальный закон физики гласит: «бесплатного сыра не бывает», — пишут исследователи. «Создание высококачественных логических кубитов с низкой частотой ошибок часто требует множества физических кубитов. Это уменьшает размер вычислений, которые вы можете выполнять, несмотря на ваши новые, самые низкие когда-либо частоты ошибок».
Большинство ранних экспериментов с квантовой коррекцией ошибок давали худшие результаты, чем выполнение тех же схем без защиты. Эта работа показывает, что современные квантовые системы способны преодолеть эти ограничения.