Исследователи из Гарвардского университета сделали значительный шаг вперед в создании квантовых компьютеров, способных решать сложнейшие задачи. Об этом сообщает news.harvard.edu.
Долгое время главной преградой на пути к реализации этой мечты была проблема квантовой коррекции ошибок. В новой статье, опубликованной в журнале Nature, команда продемонстрировала инновационную систему, которая успешно обнаруживает и устраняет ошибки на уровне, превышающем критический порог производительности.
«Впервые нам удалось объединить все ключевые элементы для масштабируемых, устойчивых к ошибкам квантовых вычислений в единой архитектуре», — заявил Михаил Лукин, один из руководителей инициативы «Квантовая наука и инженерия» и старший автор исследования. «Эти эксперименты, по многим показателям самые продвинутые на сегодняшний день для любой квантовой платформы, закладывают научную основу для практических крупномасштабных квантовых вычислений».
В рамках исследования была создана «отказоустойчивая» система, использующая 448 атомных кубитов. Эти кубиты управлялись с помощью сложной последовательности техник для обнаружения и исправления ошибок. Среди задействованных механизмов — физическое и логическое запутывание, а также так называемая «логическая магия» и удаление энтропии. Примечательно, что система использует принцип «квантовой телепортации» — передачи квантового состояния одной частицы другой на расстоянии без физического контакта.
«Предстоит еще много технических вызовов, прежде чем мы сможем создать крупномасштабные компьютеры с миллионами кубитов, но это первая архитектура, которая концептуально масштабируема», — отметил ведущий автор исследования Долев Блувстейн. «Это потребует значительных усилий и технического развития, но становится ясно, что мы можем построить отказоустойчивые квантовые компьютеры».
В работе приняли участие исследователи из Массачусетского технологического института (MIT). Исследование проводилось в сотрудничестве с компанией QuEra Computing, стартапом, выросшим из лабораторий Гарварда и MIT, Объединенным квантовым институтом при Университете Мэриленда и Национальным институтом стандартов и технологий.
Новая разработка является важным достижением в трехдесятилетних усилиях по созданию квантовой коррекции ошибок. Михаил Лукин подчеркнул: «В конечном итоге физика — это экспериментальная наука. Реализуя и тестируя эти фундаментальные идеи в лаборатории, вы начинаете видеть свет в конце туннеля».
В отличие от обычных компьютеров, которые работают с двоичным кодом из нулей и единиц, квантовые компьютеры используют кубиты, основанные на контринтуитивных свойствах квантовой физики. Это позволяет им обрабатывать информацию с гораздо большей мощностью. Удвоение количества кубитов экспоненциально увеличивает вычислительную мощность благодаря явлению квантовой запутанности. Теоретически, система из 300 кубитов может хранить больше информации, чем количество частиц во всей известной Вселенной.
Такая колоссальная мощь открывает перспективы для революционных прорывов в таких областях, как разработка лекарств, криптография, машинное обучение, искусственный интеллект, финансы и материаловедение. Однако высокий уровень ошибок до сих пор оставался одним из главных препятствий на пути к реализации этого потенциала.