Квантові комп’ютери мають величезний потенціал, але є одна проблема, яка вперто не дає їм стати по-справжньому практичними: вони надзвичайно легко помиляються. Тепер дослідники з Технологічного університету Чалмерса у Швеції запропонували спосіб виконувати певні складні квантові операції більш ніж у тисячу разів швидше.
Замість тисяч повторюваних циклів керування новий підхід дозволяє виконати операцію за один цикл. На перший погляд це звучить як просто прискорення. Насправді ж для квантових комп’ютерів швидкість безпосередньо пов’язана з надійністю.
Чому квантові комп’ютери постійно помиляються
Кубіти — основні елементи квантового комп’ютера — надзвичайно чутливі до навколишнього середовища. Електричний шум, перегрівання, космічне випромінювання та інші крихітні збурення можуть змінити їхній квантовий стан.
Чим довше триває обчислення, тим більше часу має система для накопичення помилок. У звичайних комп’ютерах ця проблема давно вирішується складними алгоритмами корекції. У квантових системах усе набагато складніше, адже саму квантову інформацію набагато важче захистити, не зруйнувавши її. Саме тому вчені шукають способи не лише виправляти помилки, а й зменшувати кількість можливостей для їх виникнення.
Замість кубітів — мікрохвильові поля
Команда Чалмерса працює з так званими бозонними квантовими кодами. У такому підході інформацію зберігають не безпосередньо в окремому кубіті, а у квантових станах мікрохвильових полів усередині надпровідних схем.
Це може забезпечувати додатковий захист від певних типів помилок. Але є нюанс: щоб створити й контролювати такі складні квантові стани, раніше доводилося виконувати величезну кількість послідовних операцій. І кожен такий цикл — ще один шанс, що система зіб’ється.
Вчені знайшли своєрідний «квантовий ярлик»
Дослідники запропонували використовувати Quantum lattice gates — набір універсальних квантових операцій, який їхня команда розробляє для роботи з бозонними станами. Ідея нагадує будівництво з конструктора. Замість того щоб збирати складну конструкцію буквально по одному елементу, можна використати заздалегідь підготовлені великі модулі.
За розрахунками авторів, широкий клас операцій із бозонними квантовими станами можна виконувати в межах одного циклу керування, тоді як попередні підходи могли вимагати кілька тисяч циклів. У результаті операції не просто стають швидшими. Скорочується і час, протягом якого квантова інформація залишається під загрозою зовнішніх збурень.
Чи наблизило це квантові комп’ютери до реальності?
Певною мірою — так. Але говорити про готову «революцію» поки зарано. Наразі це теоретична розробка, а не технологія, яку вже встановили у серійний квантовий комп’ютер. Наступним важливим кроком має стати експериментальна перевірка методу.
Хороша новина полягає в тому, що підхід спеціально орієнтований на надпровідні квантові платформи, які вже активно використовуються в сучасних дослідженнях. У Чалмерсі також розробляють власний надпровідний квантовий комп’ютер на 100 кубітів і вже обговорюють можливість практичної реалізації нового методу.
Якщо експерименти підтвердять розрахунки, скорочення тисяч циклів до одного може стати важливим кроком до відмовостійких квантових комп’ютерів — машин, здатних виконувати складні обчислення попри неминучі квантові помилки.
Поки що це лише один елемент великої головоломки. Але у світі квантових технологій іноді саме такі «маленькі» зміни — коли тисячі операцій раптом перетворюються на одну — можуть визначити, наскільки швидко майбутні комп’ютери вийдуть із лабораторій.
