Компания Google представила значимый прогресс в квантовых вычислениях: усовершенствованный процессор позволил добиться стабильности в работе квантовых кубитов, расширив возможности коррекции ошибок. В основе работы — создание так называемых логических кубитов, состоящих из множества аппаратных кубитов, которые объединяются для исправления сбоев. Команда Google доказала, что увеличение количества аппаратных кубитов не просто улучшает устойчивость системы, но делает это экспоненциально, что подтверждает жизнеспособность подхода для сложных задач.
С использованием нового процессора Willow, который объединяет 105 кубитов, Google удалось достичь значительного снижения частоты ошибок. В системе был реализован поверхностный код — структура, способная обнаруживать и устранять сбои, возникающие в ходе вычислений. Переход на большую сетку — от расстояния три к пяти, а затем к семи — удвоил эффективность системы при каждом шаге, что ранее считалось труднодостижимым.
«Мы видим экспоненциальное подавление ошибок с каждым увеличением сетки», — говорит Майкл Ньюман, один из исследователей Google. Этот результат стал возможным благодаря улучшению качества аппаратных кубитов и интеграции специализированных технологий, таких как обработка явления утечки энергии.
Самым ярким достижением стала способность удерживать квантовую информацию в течение часа, используя максимально крупный логический кубит с расстоянием 15. Это важный шаг, учитывая, что более ранние системы Google сталкивались с одновременными сбоями, вызванными внешними факторами, такими как космические лучи. Новый подход позволяет справляться с подобными проблемами, повышая общую надежность квантовых вычислений.
Переход к большим кодовым расстояниям имеет и другое преимущество: он усиливает эффект от дальнейших улучшений оборудования. Например, удвоение качества аппаратных кубитов на сетке с расстоянием 15 снижает частоту ошибок в логическом кубите в 250 раз, а на расстоянии 27 — более чем в 10 000 раз.
Несмотря на успехи, полное устранение ошибок в квантовых системах невозможно. «Мы никогда не снизим частоту ошибок до нуля», — признаёт Джулиан Келли из Google. Однако задача — минимизировать их до уровня, при котором влияние на вычисления становится незначительным.