По ходу проверки она смогла исправить от 80 до 96,5% ошибок
Ученые впервые реализовали на практике алгоритм квантовой коррекции ошибок, который может улавливать сбои в работе квантового компьютера и исправлять их. Результат их работы опубликовал научный журнал Nature.
"Разработка полноценного квантового процессора – одна из самых важных и сложных задач для всех ученых мира. Мы впервые воплотили в жизнь протокол, с помощью которого можно находить и одновременно исправлять ошибки, связанные с потерей кубитов – квантовых ячеек памяти. Это крайне важно для создания крупномасштабных квантовых компьютеров", – рассказал один из исследователей, доцент Болонского университета (Италия) Давиде Водола.
Квантовыми компьютерами называют вычислительные устройства, которые в своей работы используют принципы квантовой механики. Они состоят из так называемых кубитов – ячеек памяти и примитивных вычислительных модулей, которые, в отличие от традиционного бита, могут хранить в себе одновременно и ноль, и единицу.
Как правило, кубиты могут находиться в подобном состоянии небольшое время, так как случайные взаимодействия с объектами окружающего мира могут разрушить квантовое состояние, в котором они находятся, и разорвать связи, которые объединяют их с соседними кубитами. Физики и инженеры уже много лет пытаются продлить время жизни кубитов, изолируя их от окружающей среды различными способами.
Эту же проблему можно решить другим путем. Для этого нужно создать систему, которая сможет корректировать ошибки, возникающие в работе кубитов, без вмешательства человека. За последние десять лет физики и программисты создали несколько подходов для этого. Но использовать их пока нельзя – из-за того, что для их работы нужны сотни или даже тысячи связанных друг с другом кубитов.
Шаг в квантовое будущее
Водола и его коллеги впервые реализовали эти идеи на практике. Они разработали новый теоретический подход к созданию так называемых логических кубитов – "виртуальных" ячеек квантовой памяти, которые представляют собой объединение из нескольких реальных физических кубитов.
Благодаря этому квантовое состояние, которое хранится в логическом кубите, можно распределить таким образом, что если один из кубитов выйдет из строя, то эта информация не потеряется полностью. Есть множество способов для создания логических кубитов, которые позволяют улавливать ошибки и корректировать их. Однако все они слишком сложны для реализации на современных квантовых машинах.
В ходе новой работы физики значительно упростили их конструкцию. Ученые предположили, что пропажу кубитов можно определитьс помощью вспомогательных ячеек памяти и особой методики считывания данных из основных кубитов, которая минимально влияет на их квантовое состояние. Это позволило ученым закодировать логический кубит, используя всего четыре физических ячейки памяти.
Опираясь на эти теоретические выкладки, физики проверили свои идеи на ионном квантовом компьютере, который разработали специалисты австрийского Инсбрукского университета. Связав между собой пять физических кубитов, физики нарушили состояние одного из них и попытались восстановить данные с помощью разработанных ими протоколов.
Эти опыты показали, что ошибки в работе одиночного логического кубита алгоритм нашел и исправил в 96,5% случаев. При более сложных вычислениях и манипуляциях с кубитами алгоритм Водолы и его коллег исправил около 80% ошибок и получил корректный результат.
"Мы довольны результатами тестов. В принципе, ничто не мешает реализовать этот же алгоритм на квантовых компьютерах с другой архитектурой, которые сейчас разрабатывают различные университеты и частные компании", – подытожил Водола.
По информации https://nauka.tass.ru/nauka/9413157
