В квантовом компьютере квантовые биты (кубиты) действуют одновременно как вычислительная единица и память. Квантовая информация не может храниться в памяти, как в обычном компьютере, поскольку ее нельзя скопировать. Из-за этого ограничения все кубиты квантового компьютера должны быть способны взаимодействовать друг с другом. Это продолжает оставаться существенным препятствием в разработке мощных квантовых компьютеров. Чтобы решить эту проблему, команда ученых в 2015 году предложили новую архитектуру для квантового компьютера. Эта архитектура теперь известна как архитектура LHZ (первые буквы фамилий авторов).
Физические кубиты в этой архитектуре кодируют относительную координацию между битами, а не представляют отдельные биты. Такие "компьютеры четности" могут выполнять операции между двумя или более кубитами на одном кубите.
Существующие квантовые компьютеры уже очень хорошо реализуют такие операции в небольших масштабах. Однако по мере увеличения количества кубитов реализация этих операций с вентилями становится все более и более сложной.
В двух публикациях в Physical Review Letters и Physical Review A ученые из Инсбрука показывают, что компьютеры четности могут, например, выполнять квантовые преобразования Фурье — фундаментальный строительный блок многих квантовых алгоритмов — со значительно меньшим количеством шагов вычислений и, следовательно, быстрее. Высокий параллелизм новой архитектуры означает, что, например, известный алгоритм Шора для факторизации чисел может выполняться очень эффективно.
Новая концепция также предлагает эффективное аппаратное исправление ошибок. Поскольку квантовые системы очень чувствительны к помехам, квантовые компьютеры должны постоянно исправлять ошибки. Значительные ресурсы должны быть направлены на защиту квантовой информации, что значительно увеличивает количество необходимых кубитов.
Модель работает с двухступенчатой коррекцией ошибок, один тип ошибки (ошибка переключения битов или фазовая ошибка) предотвращается используемым оборудованием. Ошибки другого типа можно обнаружить и исправить с помощью программного обеспечения. Это позволит реализовать следующее поколение универсальных квантовых компьютеров с управляемыми усилиями. Дочерняя компания ParityQC, соучредителями которой являются Вольфганг Лехнер и Магдалена Хаузер, уже работает в Инсбруке с партнерами из науки и промышленности над возможным внедрением новой модели.
