Гарвардский прорыв обещает качественный скачок в квантовых вычислениях

Ученые из Гарварда заявили о прорыве в области квантовых вычислений. Исследователи, финансируемые Агентством передовых оборонных исследовательских проектов США (DARPA) и возглавляемые учеными из Гарварда при поддержке компании QuEra Computing, Массачусетского технологического института, Принстона, Национального института стандартов и технологий США и Университета Мэриленда, утверждают, что создали уникальный процессор, способный революционизировать сферу квантовых вычислений.

В отрасли говорят о будущем, где квантовые компьютеры смогут решать задачи, недоступные для классических двоичных компьютеров, — это так называемое «квантовое преимущество». Для его достижения квантовые компьютеры должны быть достаточно стабильными для увеличения масштаба и возможностей. Главным препятствием на пути масштабируемости квантовых систем считается шум.

Ученые из Гарварда в своей работе, озаглавленной « Логический квантовый процессор на основе перенастраиваемых атомных массивов », описывают метод, позволяющий проводить квантовые вычисления с устойчивостью к ошибкам и способностью преодолевать шум.

Исследователи говорят о наступлении эры раннего исправления ошибок в квантовых вычислениях и обозначают путь к созданию масштабных логических процессоров. Сейчас квантовые вычисления находятся в так называемую эру «шумных квантовых компьютеров среднего масштаба» (NISQ), характеризующуюся наличием менее 1000 кубитов (квантовых аналогов битов), которые в основном «шумные».

Шумные кубиты проблематичны, так как склонны к ошибкам. Гарвардская команда утверждает, что достигла «раннего исправления ошибок в квантовых вычислениях», преодолевая шум на мировом уровне. Однако, согласно их исследованию, полное исправление ошибок пока не достигнуто.

Квантовые вычисления сложны, потому что, в отличие от классического бита, кубиты теряют свою информацию при измерении. Единственный способ узнать о наличии ошибки в вычислениях кубита — измерить его. Полное исправление ошибок предполагает разработку квантовой системы, способной идентифицировать и исправлять ошибки в процессе вычислений. Пока такие техники трудно масштабировать.

Процессор команды Гарварда, вместо исправления ошибок во время вычислений, добавляет фазу постобработки для обнаружения ошибок, позволяя идентифицировать и отбраковывать неверные результаты. Это, согласно исследованию, открывает новый, возможно, ускоренный путь для масштабирования квантовых компьютеров за пределами эры NISQ и перехода в сферу квантового преимущества.

Несмотря на многообещающие результаты, по данным пресс-релиза DARPA, для решения значимых задач квантовыми компьютерами потребуется как минимум на порядок больше логических кубитов, чем 48, использованных в экспериментах команды. Исследователи утверждают, что разработанные ими техники могут масштабироваться до систем с более чем 10 000 кубитов.