Квантовые ошибки - бич современных квантовых вычислений

Квантовые ошибки - бич современных квантовых вычислений. Методы их исправления существуют, но являются довольно затратными, ведь для того, чтобы исправлять ошибки, приходится увеличивать число кубитов в кантовом компьютере.

Для запуска достаточно мощных квантовых алгоритмов достаточно было бы нескольких сотен кубитов, но это если считать логические, физических же кубитов, большинство из которых являются дублерами, страхующими от ошибок, нужно в несколько раз больше.

Но, похоже, у таких методов появляется альтернатива. Исследователи из Массачусетского университета в Амхерсте провели эксперименты, демонстрирующие новый метод - спонтанную коррекцию квантовых ошибок, для которого они использовали диссипацию кубитов. Диссипация на самом деле обычно мешает кубитным системам сохранять когерентность, но в этом случае, как ни удивительно, она служит средством для исправления ошибок. В теории этот способ был известен еще около двадцати лет назад, но на практике применить его удалось впервые.

Команда UMass Amherst Предлагает Спонтанную Квантовую Коррекцию Ошибок

Новое исследование решает главную проблему мощных квантовых вычислений

Амхерст, штат Массачусетс. – Чтобы построить универсальный квантовый компьютер из хрупких квантовых компонентов, эффективная реализация квантовой коррекции ошибок (QEC) является существенным требованием и центральной задачей. QEC используется в квантовых вычислениях, которые имеют потенциал для решения научных задач, выходящих за рамки суперкомпьютеров, для защиты квантовой информации от ошибок из-за различных шумов.

Опубликованное в журнале Natureисследование, проведенное в соавторстве с физиком Амхерстского Университета Массачусетса Ченом Ваном, аспирантами Джеффри Гертлером и Шрути Широлом, а также докторантом Джулианом ли, делает шаг к созданию отказоустойчивого квантового компьютера. Они реализовали новый тип QEC, где квантовые ошибки спонтанно исправляются.

Современные компьютеры построены на транзисторах, представляющих классические биты (0 или 1). Квантовые вычисления-это захватывающая новая парадигма вычислений с использованием квантовых битов (кубитов), где квантовая суперпозиция может быть использована для экспоненциального увеличения вычислительной мощности. Отказоустойчивые квантовые вычисления могут значительно продвинуть вперед открытие новых материалов, искусственный интеллект, биохимическую инженерию и многие другие дисциплины.

Поскольку кубиты по своей природе хрупки, наиболее важной задачей создания таких мощных квантовых компьютеров является эффективная реализация квантовой коррекции ошибок. Существующие демонстрации QEC активны, а это означает, что они требуют периодической проверки на наличие ошибок и немедленного их исправления, что очень требовательно к аппаратным ресурсам и, следовательно, препятствует масштабированию квантовых компьютеров.

В отличие от этого, эксперимент исследователей достигает пассивного QEC, адаптируя трение (или диссипацию), испытываемое кубитом. Поскольку трение обычно считается Немезидой квантовой когерентности, этот результат может показаться весьма неожиданным. Хитрость заключается в том, что диссипация должна быть разработана специально квантовым способом. Эта общая стратегия была известна в теории около двух десятилетий, но практический способ получить такое рассеивание и использовать его для QEC был проблемой.

“Хотя наш эксперимент все еще является довольно рудиментарной демонстрацией, мы наконец-то выполнили эту парадоксальную теоретическую возможность диссипативного QEC”, - говорит Чэнь. “Заглядывая вперед, подразумевается, что может быть больше способов защитить наши кубиты от ошибок и сделать это менее дорого. Таким образом, этот эксперимент повышает перспективы потенциального создания полезного отказоустойчивого квантового компьютера в среднесрочной и долгосрочной перспективе.”

Чэнь описывает в терминах непрофессионала, каким странным может быть квантовый мир. “Как и в знаменитом (или печально известном) примере немецкого физика Эрвина Шредингера, кошка, упакованная в закрытую коробку, может быть мертвой или живой одновременно. Каждый логический кубит в нашем квантовом процессоре очень похож на мини-кота Шредингера. На самом деле мы буквально называем его "кошачьим кубитом". наличие большого количества таких кошек может помочь нам решить некоторые из самых сложных проблем в мире.”

“К сожалению, очень трудно удержать кошку в таком состоянии, так как любой газ, свет или что-либо, просочившееся в коробку, разрушит магию: кошка станет либо мертвой, либо просто обычной живой кошкой”, - объясняет Чэнь. “Самая простая стратегия защиты кота Шредингера - это сделать коробку как можно более плотной, но это также затрудняет использование ее для вычислений. То, что мы только что продемонстрировали, было сродни покраске внутренней части коробки особым образом, и это каким-то образом помогает кошке лучше пережить неизбежный вред внешнего мира.”

Среди соавторов также Брайан Бейкер и Йенс Кох из Северо-Западного университета.

Источник: www.umass.edu

Комментарии: