Microsoft и Quantinuum заявили, что открыли новую эру квантовых вычислений
Microsoft и Quantinuum объявили о значительном прорыве в коррекции ошибок в квантовых вычислениях. Используя ионную ловушку Quantinuum и новую систему виртуализации кубитов от Microsoft, команда провела более 14,000 экспериментов без единой ошибки. Эта система позволила проверять логические кубиты и исправлять обнаруженные ошибки без их разрушения.
По словам компаний, это знаменует конец эпохи «шумных квантовых компьютеров промежуточного масштаба» (NISQ). Эти системы называются «шумными», потому что малейшие изменения в окружающей среде могут привести к тому, что квантовая система станет случайной (или «декогерентной»). «Промежуточный масштаб» означает, что текущие квантовые компьютеры ограничены тысячей кубитов. Кубит, основной элемент квантовых вычислений, способен находиться в нескольких состояниях одновременно, что обещает значительный скачок в вычислительной мощности.
Однако количество кубитов не имеет значения, если алгоритм невозможно выполнить из-за шума, который делает результат бесполезным или вовсе невозможным.
Используя различные методы, команда смогла провести тысячи экспериментов практически без ошибок. Это потребовало предварительной подготовки и отбора систем с высокой вероятностью успешного выполнения. Тем не менее, это значительное улучшение по сравнению с недавними результатами в отрасли.
Прорыв в квантовых вычислениях
Несмотря на оставшиеся проблемы, теоретически компьютер с 100 логическими кубитами уже мог бы решать определенные задачи, а машина с 1,000 кубитов, по словам Microsoft, могла бы обеспечить «коммерческое преимущество».
Исследователи использовали процессор Quantinuum H2 и объединили 30 физических кубитов в четыре высоконадежных логических кубита. Кодирование нескольких физических кубитов в один логический позволяет системе защищаться от ошибок. Физические кубиты запутаны таким образом, чтобы ошибки можно было обнаружить и исправить.
Проблема коррекции ошибок
Коррекция ошибок давно является сложной задачей в индустрии. Без нее выход из эпохи NISQ невозможен, так как системы быстро становятся нестабильными. Простое увеличение числа физических кубитов с высокой ошибочной частотой бесполезно, так как это приведет лишь к большим, но не более мощным компьютерам.
Как объясняют Деннис Том, генеральный менеджер Azure Quantum, и Криста Свор, вице-президент Microsoft по развитию квантовых технологий: «Только при использовании качественных физических кубитов и специализированной системы управления возможен переход к мощным квантовым компьютерам, способным выполнять более сложные вычисления».
Новая эра устойчивых квантовых вычислений
Еще несколько лет назад логические кубиты только начинали превосходить физические по эффективности. Теперь же Microsoft и Quantinuum утверждают, что их новая система демонстрирует самый большой разрыв между ошибками физических и логических кубитов, улучшая точность до 800 раз.
Для выхода из эпохи NISQ необходим значительный разрыв между ошибками физических и логических кубитов, способность исправлять отдельные ошибки и создавать запутанность между логическими кубитами. Если результаты подтвердятся, команда достигла всех этих целей, открыв эпоху устойчивых квантовых вычислений.
Ключевым достижением стало внедрение «активного извлечения синдрома» — процесса диагностики и исправления ошибок без разрушения логического кубита.
Взгляд в будущее
«Это достижение знаменует собой первый шаг к исправлению ошибок без разрушения логических кубитов и демонстрирует фундаментальный этап в коррекции ошибок», — объясняют Том и Свор. Теперь задача квантового сообщества — повторить эти результаты и внедрить аналогичные системы.
Ильяс Хан, основатель и главный директор по продуктам Quantinuum, отметил: «Сегодняшние результаты — историческое достижение и отражение того, как наше сотрудничество расширяет границы квантовой экосистемы. Мы с нетерпением ждем, как наши решения принесут пользу клиентам и партнерам, особенно в преддверии масштабных квантовых процессоров».