IBM значно вдосконалила виправлення помилок у квантових обчисленнях

Одним із головних викликів розвитку технології квантових обчислень є виправлення помилок, що виникають унаслідок таких природних факторів, як вплив електромагнітних сигналів, флуктуації температури та обурення магнітного поля Землі. Крім того, кубити самі по собі схильні до помилок. Помилки в частотах, рівнях енергії та силі зв'язку можуть призвести до неправильних розрахунків.

На відміну від звичайних комп'ютерних бітів, які здебільшого надійно копіюються, кубити за своєю природою неможливо зробити клоновані без помилок. Біти зберігають стани двійкових цифр, що легко відтворюються, в той час, як кубити зберігають дані в складному математичному квантовому стані, яке може бути порушено при копіюванні. Крім того, кубити швидко старіють, а їхнє зношування може призвести до появи помилок.

Дослідники з IBM Quantum стверджують, що вони розробили систему, яка значно покращує виявлення помилок у квантових обчисленнях. У підготовленій ними публікації пояснюється суть проблеми: "Стандартна класична система виправлення помилок має виправляти лише помилки перестановки бітів", - каже дослідник IBM Сергій Бравий (Sergey Bravyi). "Квантові комп'ютери повинні виправляти більше видів помилок, наприклад фазові помилки, здатні зіпсувати додаткову квантову інформацію, яку несуть кубити... Техніка повинна також виправляти помилки без можливості копіювання невідомих квантових станів і без руйнування основного квантового стану".

У своїй науковій статті дослідники IBM описали процес, який, на їхню думку, значно скорочує необхідний арсенал засобів, що використовуються у квантових обчисленнях для вилову помилок.

Для виправлення помилок вже давно та успішно використовуються стандартні комп'ютерні поверхневі коди. Вони є двовимірними сітками, що нагадують шашкову дошку. Ефективна корекція помилок для кубітів є складнішим завданням.

За словами Бравого, за оцінками багатьох експертів, для відмовостійких квантових обчислень знадобляться мільйони кубитів, "що, на нашу думку, занадто багато для практичного застосування на даному етапі розвитку".

Рішення IBM, що полягає в покращенні коду та зміні розміщення кубітів, дозволяє досягти результатів, що вимагають однієї десятої частини фізичної кількості кубітів, що використовуються нині для виправлення помилок.

"Практична корекція помилок - далеко не вирішена проблема", - визнають дослідники у статті "High-threshold and low-overhead fault-tolerant quantum memory", опублікованій 15 серпня на сервері препринтів arXiv.

"Однак ці нові коди та інші досягнення в цій галузі підвищують нашу впевненість у тому, що відмовостійкі квантові обчислення не просто можливі, а можливі без необхідності створення невиправдано великого квантового комп'ютера".

Нині їхній підхід працює лише з квантовою пам'яттю, але не з обчислювальною потужністю.

"Ці методи є сходинкою на шляху до світу стійких до відмови обчислень, - каже Сергій Бравий, - і цей новий код наближає цей світ. Це перспективний результат, який вказує нам на те, де ми повинні шукати ще більш досконалі коди, що виправляють помилки".

Ready, set, buy! Посібник для початківців - як придбати Copilot для Microsoft 365