- Квантовым компьютерам требуются надежные кубиты, но их трудно найти, и их возможности исправления ошибок ограничены.
- Новое исследование Сиднейского университета объявило о разработке архитектуры двумерной коррекции ошибок, которая может обнаруживать квантовые ошибки, используя меньшее количество кубитов, тем самым делая их более эффективными.
- Такая эффективность может привести к созданию более компактных квантовых жестких дисков, которые смогут более надежно кодировать квантовую информацию.
Перспективы квантовых компьютеров не были переоценены . Используя невероятные вычислительные свойства кубитов — квантового эквивалента битов — эти машины могли бы ускорить медицинские прорывы, открыть экзотические материалы , создать нерушимую кибербезопасность и даже помочь решить проблему изменения климата . При всех удивительных достижениях, которые стали возможны благодаря классическому перемалыванию чисел единиц и нулей, квантовые компьютеры могли бы поднять человеческие инновации на совершенно новый уровень.
Есть только одна проблема: кубиты имеют отвратительную привычку производить ошибки. Этот побочный эффект понятен, когда вы понимаете, что требуется для поддержания этих маленьких капсул вычислений в первую очередь (почти абсолютные температуры, сверхпроводящие магниты и т. д.). В конце концов, кубиты испытают декогеренцию, если они испытают то, что известно как «шум» — созданный любыми температурными флуктуациями или электромагнитными помехами — заставляющий их производить ошибки. И если кубит не может удерживаться в квантовом состоянии суперпозиции, где он может быть как единицей, так и нулем одновременно , то это по сути просто классический бит.
Эти ошибки являются одним из основных ограничивающих факторов квантовых компьютеров. По одной из оценок , одна ошибка происходит на каждые 1000 операций, и частота ошибок должна быть где-то около одного на триллион, чтобы квантовые вычисления действительно взлетели. К счастью, два квантовых теоретика информации из Сиднейского наноинститута разработали новую архитектуру, способную подавлять ошибки в квантовой системе, используя меньше кубитов . Этот прорыв не только делает квантовое хранение информации более надежным, но и приближает мир на один шаг к давно желанному квантовому жесткому диску. Результаты исследования были опубликованы в журнале Nature Communications .
«Остаются значительные препятствия, которые необходимо преодолеть в разработке универсального квантового компьютера», — сказал Доминик Уильямсон из Сиднейского университета, соавтор исследования, в пресс-релизе . «Одним из самых больших является тот факт, что нам нужно использовать большую часть кубитов — квантовых переключателей в основе этих машин — для подавления ошибок , которые возникают как само собой разумеющееся в рамках технологии. Наша предлагаемая квантовая архитектура потребует меньше кубитов для подавления большего количества ошибок, освобождая больше для полезной квантовой обработки».
Эта новая эффективная архитектура выводит исправление ошибок на совершенно новый уровень — буквально. Обычно 3D-коррекция ошибок может смягчить ошибки только вдоль одной линии кубитов. Но эта новая технология, согласно статье, использует 3D- решетку с «топологическими кодами с оптимальными параметрами масштабирования кода», которые по сути позволяют исправлять ошибки в двух измерениях в пределах 3D-структуры. Одномерная природа предыдущих методов исправления ошибок ограничивала систему, но эта новая архитектура может подтолкнуть вперед новую эру квантовых машин, включая квантовые жесткие диски.
«Это достижение может помочь изменить способ создания и эксплуатации квантовых компьютеров, сделав их более доступными и практичными для широкого спектра приложений: от криптографии до сложного моделирования квантовых многочастичных систем», — заявил в пресс-релизе Стивен Бартлетт, директор Наноинститута Сиднейского университета.
Конечно, создание такого рода лабораторной квантовой коррекции ошибок — это одно, а масштабирование такого прорыва — это совсем другая задача. Но этот новый шаг к 2D-коррекции ошибок несомненно приближает человечество к реализации его квантового потенциала.