Квантові комп’ютери, незважаючи на їх швидке збільшення розмірів і потенціалу, стикаються з критичною перешкодою: помилки. Оскільки ці машини стають потужнішими, рівень помилок загрожує зробити їх непрактичними. Тепер дослідники продемонстрували метод переробки та повторного використання кубітів, покращуючи їхню надійність і роблячи складні обчислення більш здійсненними.
Проблема помилок у квантових обчисленнях
Існуючі квантові комп’ютери мають проблеми з точністю. Вони надто схильні до помилок для корисних, реальних обчислень, які перевершують можливості традиційних комп’ютерів. Хоча схеми виправлення помилок знаходяться в розробці, головна проблема залишається: створити достатньо високоякісних кубітів для виконання як самих обчислень і відстеження цих помилок.
Стандартний підхід поділяє кубіти на дві групи: ті, які маніпулюють даними (обчислювальні кубіти), і ті, які контролюють помилки (допоміжні кубіти). Складно створити достатню кількість будь-якого типу. Нова стратегія спрямована на зменшення кількості необхідних допоміжних кубітів шляхом повторного їх використання знову і знову.
Метод переробки від Atom Computing
Дослідники з Atom Computing показали, що допоміжні кубіти можна переробляти до 41 разу поспіль. Це критично, оскільки складні обчислення вимагають багатьох циклів виправлення помилок, тобто в іншому випадку знадобиться постійне постачання свіжих кубітів. Команда під керівництвом Метта Норзіа досягла цього за допомогою атомів ітербію, охолоджених майже до абсолютного нуля за допомогою лазерів і електромагнітних імпульсів.
Вони організували свій квантовий комп’ютер на три зони:
- Область обчислень: 128 кубітів виконують обчислення.
- Зона відстеження помилок: 80 кубітів вимірюють і замінюють помилкові кубіти.
- Область зберігання: 75 кубітів доступні для повторного використання.
Цей параметр дозволяє команді скидати допоміжні кубіти або замінювати їх новими за потреби.
Контроль складності та точності
Успіх цього методу залежить від надзвичайної точності. Зайве світло від лазерів може порушити роботу кубітів, тому дослідники розробили точно налаштовані елементи керування лазером і налаштували стани кубітів даних, щоб протистояти небажаному втручанню. Цей рівень контролю є життєво важливим, оскільки без нього навіть скромні обчислення вимагали б мільйони або мільярди кубітів — непомірна вимога для поточного апаратного забезпечення.
Більш широкі наслідки для прогресу в квантових обчисленнях
Можливість повторного використання кубітів не обмежується Atom Computing. Юваль Богер з QuEra підкреслює, що ця можливість є фундаментально важливою для прогресу в квантових обчисленнях. Інші дослідники, зокрема з Гарварду та Массачусетського технологічного інституту, використовували подібні методи з атомами рубідію для підтримки квантових обчислень протягом годин. Навіть іонні квантові комп’ютери, такі як Helios від Quantinuum, можуть повторно використовувати кубіти.
«Повторне використання допоміжних кубітів більше не є просто бажаною функцією; воно стає необхідністю для масштабування квантових обчислень», — каже Норзія.
Цей прорив є критично важливим кроком до створення практичних і надійних квантових комп’ютерів, які можуть вирішувати проблеми, які не під силу класичним машинам.
