Amazon придумала, как защитить квантовые компьютеры от ошибок.
Компания Amazon предложила архитектуру, которая делает квантовые вычисления стабильнее и снижает количество кубитов, нужных для исправления ошибок.
Главная проблема квантовых компьютеров — ошибки, которые возникают из-за нестабильности квантовых состояний. Чтобы исправлять их, обычно приходится использовать тысячи физических кубитов на каждый логический, что делает такие системы сложными и громоздкими. Amazon предложила решение: использовать два вида кубитов — кошачьи кубиты и трансмоны, которые дополняют друг друга и позволяют точнее находить и устранять ошибки. Исследование опубликовали в Nature.
Что это за кубиты и зачем они нужны?
Кубит — это базовый элемент квантового компьютера, аналог обычного бита в классических системах. Но если бит может быть либо 0, либо 1, то кубит находится в суперпозиции, то есть одновременно в обоих состояниях.
Из-за этой особенности в квантовых компьютерах могут возникать два типа ошибок:
- Переключение бита — когда состояние кубита неожиданно меняется (например, из 0 в 1).
- Фазовый сдвиг — более сложная ошибка, которая меняет «направление» суперпозиции кубита, не затрагивая его значения. В классических компьютерах такого не бывает, но в квантовых вычислениях это критично, потому что фаза определяет результат вычислений.
Amazon предложила использовать кошачьи кубиты, которые названы в честь знаменитого мысленного эксперимента «Кошка Шредингера». Они работают на основе нескольких фотонов, объединенных в одно квантовое состояние. Если один из фотонов случайно изменится, вся группа сохранит нужное состояние. Это делает такие кубиты устойчивыми к ошибкам переключения бита.
Но у кошачьих кубитов есть слабое место — они уязвимы к фазовым сдвигам. Чтобы исправлять эти ошибки, Amazon добавила трансмоны — это особый тип сверхпроводящих кубитов, которые уже давно используют IBM и Google. Они помогают отслеживать состояние кошачьих кубитов и вовремя обнаруживать фазовые ошибки.
Как работает новая архитектура?
Система Amazon связывает каждый кошачий кубит с трансмоном, который постоянно следит за его состоянием. Если возникает фазовая ошибка, трансмон фиксирует ее и отправляет сигнал для исправления. Это позволяет устранять большинство ошибок до того, как они испортят вычисления.
Эксперимент показал, что чем сложнее система (чем больше в ней кубитов), тем меньше в ней становится ошибок. Это отличается от других квантовых компьютеров, где сложность системы обычно приводит к большему количеству ошибок.
Почему это важно?
Обычные квантовые компьютеры требуют тысячи физических кубитов, чтобы создать один устойчивый логический кубит. Это делает масштабирование таких систем очень сложным.
Подход Amazon позволяет сократить число физических кубитов, необходимых для исправления ошибок, а значит, делать квантовые компьютеры проще, дешевле и эффективнее. Это важный шаг к созданию коммерческих квантовых платформ, которые смогут решать реальные задачи в науке, криптографии и моделировании сложных процессов.
Есть ли у метода недостатки?
Хотя новая архитектура показывает хорошие результаты, у нее остаются проблемы.
- Трансмоны тоже могут давать сбои, и если один из них сломается, вычисления нарушатся.
- Кошачьи кубиты не полностью защищены от ошибок переключения бита, хотя их вероятность снижена.
Но даже с этими ограничениями метод Amazon открывает новый путь к стабильным квантовым вычислениям. Если компания сможет усовершенствовать свою технологию, квантовые компьютеры станут ближе к практическому использованию.
