Чіп Willow від Google революціонізує квантові обчислення завдяки важливому прориву в корекції помилок

Чіп Willow від Google революціонізує квантові обчислення завдяки важливому прориву в корекції помилок

Попри досягнення у напрямку практичного застосування квантових комп’ютерів, квітові системи залишаються нестабільними і схильними до помилок, але Google, можливо, зробила важливий крок до їх виправлення.

Через новий квантовий чіп під назвою Willow, інженери Google досягли значного прогресу в обробці помилок. Зокрема, їм вдалося стабілізувати один логічний кубіт настільки, що помилки виникають лише раз на годину, що є величезним поліпшенням порівняно з попередніми налаштуваннями, де помилки виникали кожні кілька секунд.

Кубіти є основними одиницями квантової інформації. На відміну від класичних бітів, які можуть зберігати 1 або 0, ці кубіти можуть зберігати 1, 0 або суперпозицію обох. Така комбінація є потужним інструментом для створення алгоритмів, здатних вирішувати проблеми, які класичний комп’ютер вирішував би занадто довго або не зміг би вирішити взагалі.

Читайте також:  Нейромережу навчили красти паролі за допомогою звуків клавіш під час натискання

На жаль, кубіти дуже делікатні, їхні суперпозиції схильні до переплутування з оточенням і втрати своїх математичних властивостей. Хоча сьогоднішні системи достатньо надійні, щоб забезпечити 99,9% надійності, для практичних систем потрібно знижувати рівень помилок до одного на трильйон.

Для боротьби з помилками у цих крихких кубітах дослідники можуть поширювати один логічний кубіт на кілька часток у суперпозиції. Однак це масштабування працює тільки тоді, коли додаткові фізичні кубіти виправляють помилки значно швидше, ніж вони їх викликають.

“Willow — це перший процесор, де кубіти, виправлені від помилок, стають експоненційно кращими, коли вони збільшуються”, — пишуть Майкл Ньюмен і Кевін Сатцингер, наукові співробітники Google Quantum AI.

“Щоразу, коли ми збільшуємо наші закодовані кубіти з 3×3 до 5×5, а потім до 7×7, рівень помилок зменшується в два рази.”

Читайте також:  У магазині Google Play з'являться відео YouTube Shorts

Willow має 105 фізичних кубітів, і комбінація його архітектури та алгоритмів виправлення помилок дозволила досягти стабільності, де більше кубітів означає менше помилок.

Це була проблема з моменту введення квантових методів виправлення помилок ще в середині 1990-х. Хоча до повністю реалізованого квантового обчислення ще далеко, великомасштабні квантові операції можуть стати можливими завдяки цьому підходу.

“Це демонструє експоненційне зменшення помилок, яке обіцяло квантове виправлення помилок, майже 30-річну мету квантових обчислень і ключовий елемент для розблокування великих квантових застосунків”, — пишуть Ньюмен і Сатцингер.

Стабільність — не єдина перевага Willow: Google стверджує, що вона може виконати конкретне квантове завдання за п’ять хвилин, яке потребувало б 10 септильйонів років на одному з наших найшвидших суперкомп’ютерів (це завдання було спеціально створено для квантових комп’ютерів, але воно все ж показує, що можливо).

Читайте також:  Віджет Google Home Favorites запущено на Android

Помилки завжди будуть існувати в квантових системах, але дослідники намагаються зробити їх настільки рідкісними, щоб квантове обчислення стало практичним. Для цього потрібно поліпшити апаратуру, додати більше кубітів і вдосконалити алгоритми.

“Виглядає так, що квантове виправлення помилок зараз працює, але існує велика різниця між помилками один на тисячу, як у сьогоденних системах, і один на трильйон, які будуть необхідні завтра”, — пишуть Ньюмен і Сатцингер.

Невідредагована попередня версія дослідження була опублікована в журналі Nature.