В Microsoft и Quantinuum рассказали о крупном прорыве в области коррекции ошибок при квантовых вычислениях. Используя оборудование с ионными ловушками Quantinuum и новую систему виртуализации кубитов от Microsoft, команда смогла провести более 14 тысяч экспериментов без единой ошибки в системах с четырьмя логическими кубитами.
Новая система также позволила проверять логические кубиты и исправлять любые возникающие ошибки, не разрушая их.
Это, по мнению представителей компаний, позволит вывести современные квантовые вычисления из эры шумных квантовых компьютеров промежуточного масштаба (NISQ). По сей день даже самые незначительные изменения могут сделать квантовую систему случайной или «декогерентной», а работа квантовых компьютеров ограничена в лучшем случае чуть более чем тысячей кубитов. Если проблему «зашумливания» всё же решили, то такие компьютеры можно запускать для вычислений на более долгий срок, а также их теперь можно масштабировать.
Исследователям предстоит решить ещё много проблем. Но уже сейчас, с применением новой системы, компьютер со 100 логическими кубитами мог бы быть полезен для решения некоторых задач, а машина с 1000 кубитов демонстрировала бы «коммерческое преимущество».
Команда использовала процессор Quantinuum H2 с захваченными ионами и смогла объединить 30 физических кубитов в четыре высоконадёжных логических кубита. Именно такое кодирование помогает защитить систему от ошибок.
«Просто увеличивать количество физических кубитов с высокой частотой ошибок — бесполезно, потому что в результате получится большой квантовый компьютер, который не будет более мощным, чем раньше», — объясняют генеральный менеджер Azure Quantum Деннис Том и Криста Своре, вице-президент по передовым квантовым разработкам Microsoft. По их словам, «когда физические кубиты используются со специализированной системой оркестровки и диагностики для включения виртуальных кубитов, только тогда увеличение их количества приводит к созданию мощных, отказоустойчивых квантовых компьютеров, способных работать дольше и производить более сложные вычисления».
Всего пару лет назад логические кубиты начали превосходить физические. Теперь Microsoft и Quantinuum утверждают, что их новая аппаратно-программная система демонстрирует самый большой разрыв между показателями физических и логических ошибок, улучшая работу вторых по сравнению с первыми до 800 раз. Исследователи отмечают, что для выхода за рамки NISQ необходимы разделение между логическими кубитами, а также способность исправлять ошибки отдельных схем и создавать запутанность как минимум между двумя логическими кубитами. Если команда добьётся всех этих целей, то человечество может вступить в эпоху устойчивых квантовых вычислений.
«Это достижение знаменует собой первый шаг к возможности исправлять ошибки, не разрушая при этом логические кубиты. Мы продемонстрировали этот критически важный компонент надёжных квантовых вычислений с помощью нашей системы виртуализации кубитов, что привело к низкому уровню логических ошибок в течение нескольких раундов», — объясняют Том и Своре.
В 2023 году группа исследователей из Гарвардского университета и и стартап квантовых вычислений QuEra побили рекорд по наибольшему количеству логических кубитов — 48 одновременно. Это гораздо больше, чем в системе Microsoft и Quantinuum. Но Дженнифер Страбли из Quantinuum говорит, что новому устройству требуется меньше физических кубитов на логический, а логические кубиты допускают меньше ошибок, чем те, которые созданы командой Гарварда. «Мы использовали гораздо меньше физических кубитов и получили лучшие результаты», — утверждает она.
Однако некоторые эксперты пока не готовы квалифицировать новую работу как прорыв без более подробной информации об эксперименте. Принято считать, что только квантовые компьютеры со 100 или более логическими кубитами действительно смогут решать научно и социально значимые проблемы в таких областях, как химия или материаловедение.
В 2023 году компания Riverlane объявила о создании декодера исправления ошибок при проведении квантовых вычислений квантовым компьютером. Декодирование в режиме реального времени является огромной проблемой для быстрых квантовых компьютеров, поскольку в сверхпроводящих кубитах ежесекундно генерируется миллион циклов результатов измерений.
Источник новости: habr.com
