Квантовые компьютеры следующих поколений смогут решить задачи, невозможные даже для самых мощных традиционных компьютеров. Но до наступления этого чудесного времени прорывных вычислений, предстоит решить ряд важных задач. Одним из основных препятствий считается то, что для создания мощных квантовых машин потребуется использовать различные механизмы исправление ошибок. Хотя ученые ранее продемонстрировали, что они могут обнаруживать и исправлять простые ошибки в небольших квантовых компьютерах, решению проблемы это не особо помогает.
Квантовые биты, или кубиты, составляющие квантовый компьютер, подвержены ошибкам, которые могут сделать вычисления бесполезными, если их не исправить. Чтобы уменьшить этот уровень ошибок, ученые стремятся создать компьютер, который может исправлять свои собственные ошибки. Такая машина объединила бы мощности нескольких подверженных ошибкам кубитов в один улучшенный кубит, называемый "логическим кубитом", который можно продолжать использовать для выполнения вычислений.
Недавно ученые продемонстрировали интригующий способ квантовой коррекции ошибок. Увеличение количества кубитов в логическом кубите может сделать его менее подверженным ошибкам, говорят исследователи из Google, опубликовавшие данные своей работы в журнале Nature.
Логические кубиты избыточно хранят информацию в нескольких физических кубитах. Эта избыточность позволяет квантовому компьютеру проверять наличие ошибок и исправлять их на лету. В идеале, чем больше логический кубит, тем меньше должна быть частота ошибок. Но есть нюанс: если исходные кубиты слишком сильно повреждены, добавление большего их количества вызовет больше проблем, чем решит.
Используя квантовый чип Google Sycamore, исследователи изучили логические кубиты двух разных размеров, один из которых состоит из 17 кубитов, а другой — из 49 кубитов. После постоянного улучшения производительности исходных физических кубитов, из которых состоит устройство, исследователи подсчитали ошибки, которые все еще проскальзывали. Исследователи обнаружили, что у более крупного логического кубита была более низкая частота ошибок, около 2,9 процента на раунд исправления ошибок, по сравнению с частотой меньшего логического кубита, составляющей 3%.
Это небольшое улучшение говорит о том, что ученые, наконец, начинают приближаются к режиму работы квантовых компьютеров, в котором коррекция ошибок может начать подавлять ошибки за счет увеличения масштабов.
Результат не слишком впечатляющий, но учитывая сложность и экзотичность квантовых вычислительных систем — это невероятный прорыв, который открывает новое направление исследований.
