Квантовые компьютеры, несмотря на стремительное увеличение их размера и потенциала, сталкиваются с критическим препятствием: ошибками. По мере того как эти машины становятся мощнее, частота ошибок угрожает сделать их непрактичными. Теперь исследователи продемонстрировали метод переработки и повторного использования кубитов, повышая их надежность и делая сложные вычисления более осуществимыми.
Проблема ошибок в квантовых вычислениях
Существующие квантовые компьютеры испытывают трудности с точностью. Они слишком подвержены ошибкам для полезных, реальных расчетов, превосходящих возможности традиционных компьютеров. Хотя схемы коррекции ошибок находятся в разработке, основной проблемой остается: создание достаточного количества высококачественных кубитов для выполнения как самих вычислений, так и отслеживания этих ошибок.
Стандартный подход разделяет кубиты на две группы: те, которые манипулируют данными (вычислительные кубиты), и те, которые контролируют ошибки (вспомогательные кубиты). Построить достаточное количество любого из этих типов сложно. Новая стратегия направлена на сокращение количества необходимых вспомогательных кубитов за счет их многократного повторного использования.
Метод переработки от Atom Computing
Исследователи из Atom Computing показали, что вспомогательные кубиты можно перерабатывать до 41 раз подряд. Это имеет решающее значение, потому что сложные вычисления требуют множества циклов коррекции ошибок, что означает, что в противном случае потребуется постоянный запас свежих кубитов. Команда под руководством Мэтта Норциа достигла этого, используя атомы иттербия, охлажденные почти до абсолютного нуля с помощью лазеров и электромагнитных импульсов.
Они организовали свой квантовый компьютер в три зоны:
- Вычислительная зона: 128 кубитов выполняют расчеты.
- Зона отслеживания ошибок: 80 кубитов измеряют и заменяют ошибочные кубиты.
- Зона хранения: 75 кубитов находятся в состоянии готовности для повторного использования.
Эта настройка позволяет команде сбрасывать вспомогательные кубиты или заменять их новыми по мере необходимости.
Сложности и прецизионный контроль
Успех этого метода зависит от крайней точности. Посторонний свет от лазеров может нарушить работу кубитов, поэтому исследователи разработали тонкую настройку лазерного управления и скорректировали состояния кубитов данных, чтобы сопротивляться нежелательным помехам. Этот уровень контроля жизненно важен, потому что без него даже скромные вычисления потребовали бы миллионов или миллиардов кубитов – непосильное требование для текущего оборудования.
Более широкие последствия для прогресса в квантовых вычислениях
Возможность повторного использования кубитов не ограничивается Atom Computing. Юваль Богер из QuEra подчеркивает, что эта возможность фундаментально важна для прогресса в квантовых вычислениях. Другие исследователи, в том числе из Гарварда и MIT, использовали аналогичные методы с атомами рубидия, чтобы поддерживать квантовые вычисления в течение нескольких часов. Даже ионные квантовые компьютеры, такие как Helios от Quantinuum, могут повторно использовать кубиты.
«Повторное использование вспомогательных кубитов больше не просто желательная функция; оно становится необходимостью для масштабирования квантовых вычислений», — говорит Норциа.
Этот прорыв представляет собой критический шаг на пути к созданию практичных и надежных квантовых компьютеров, способных решать задачи, недоступные классическим машинам.
