«Кот жив, кот мертв, а ошибок в 10 000 раз меньше». Французы превратили парадокс Шрёдингера в квантовый процессор

Французский стартап Alice and Bob заявил о заметном прорыве в борьбе с ошибками квантовых вычислений. Компания представила метод, который во время работы «поднимает и опускает» логический кубит, словно лифт, и за счет этого, как утверждается в пресс-релизе, позволяет снизить логическую вероятность ошибки вплоть до 10 000 раз.

Квантовые компьютеры ценят за то, что в перспективе они смогут решать задачи, на которые обычным суперкомпьютерам потребовались бы годы и десятилетия. Но есть оборотная сторона: чем сложнее и длиннее вычисление, тем выше риск, что в процессе накопятся ошибки. Проверить результат «второй машиной» тоже не получается, поэтому без встроенной коррекции ошибок квантовая вычислительная техника далеко не уедет.

Проблема в том, что квантовые платформы очень разные: они используют разные физические реализации кубитов, а значит, универсального рецепта коррекции ошибок для всех сразу не существует. Каждая архитектура ищет свой компромисс между надежностью, сложностью схем и количеством физических кубитов, которые приходится тратить на один «логический» кубит.

Alice and Bob развивает подход, вдохновленный мысленным экспериментом про кота Шрёдингера. Их базовые элементы называют «кот-кубитами»: идея в том, что информация кодируется сразу в двух фазовых состояниях, условно «плюс» и «минус». По словам компании, такая конструкция дает врожденную, «пассивную» устойчивость к одному из самых неприятных классов ошибок, к битовым переворотам, когда 0 непреднамеренно превращается в 1 и наоборот.

Новый шаг, по описанию в пресс-релизе, это уже «активная» защита. В основе «лифт-кода» лежит конкатенация кодов: поверх повторяющих кодов, которые и так помогают ловить битовые перевороты, накладывается дополнительный уровень. Во время вычислений логический кубит «ездит» вверх и вниз по уровням представления, а система при этом выполняет проверки и подавляет ошибки уже на логическом уровне.

В компании считают, что такие уровни ошибок могут приблизить практические задачи, вроде сложного моделирования молекул. Теоретик Alice and Bob Диего Руис отмечает, что текущие выводы опираются на то, что можно промоделировать на классических компьютерах, и предполагает, что на реальном квантовом железе и при более крупных кодах результаты могут стать еще лучше.

Отдельно Alice and Bob делает акцент на стоимости. Коррекция ошибок почти всегда означает одно: нужно больше физических кубитов на каждый логический, а это дорого и усложняет масштабирование. Здесь стартап обещает более «экономичную» механику за счет логического вспомогательного кубита, который можно сбрасывать и использовать повторно после каждой проверки, а также за счет более плотной упаковки логических кубитов в том же физическом «следе» на чипе. По сравнению с предыдущим подходом компании, «лифт-код» якобы дает снижение логических ошибок в 10 000 раз при росте числа кубитов примерно втрое.

Результаты опубликованы в виде препринта на arXiv, то есть речь пока идет не о финальной версии статьи в журнале, а о публичной научной рукописи, которую сообщество еще будет разбирать и проверять на практике.