Квaнтoвыe кoмпьютeры, нeсмoтря нa иx тaк стaрaтeльнo рeклaмируeмыe прeимущeствa, никoгдa нe смoгут выигрaть у сoврeмeнныx клaссичeскиx кoмпьютeрoв, eсли oни нe oбрeтут спoсoбнoсть лично исправлять ошибки, разрушающие «хрупкие» квантовые состояния их квантовых битов, кубитов.
И только что, группа компании Google, занимающаяся исследованиями в области квантовых вычислений, продемонстрировала первую в мире систему, способную автономно производить коррекцию возникающих ошибок, огромный шаг, который делает область квантовых вычислений с огромной форой ближе к ее практическому применению.
Данное достижение стало возможным по причине перехода осенью 2014 года в компанию Google группы из Калифорнийского университета в Санта-Барбаре, которая в свое время разработала и изготовила систему квантовых сверхпроводящих схем, работающих с уровнем точности и надежности, достаточным для реализации технологии устранения ошибок.
«Это является первым случаем в истории информационных технологий, если «естественные» ошибки, возникающие в результате воздействия на кубиты различных факторов окружающей среды, могут быть исправлены» — рассказывает Рэми Барендс (Rami Barends), инженер компании Rami Barends в области квантовой радиоэлектроники, — «Мы создали первое квантовое устройство, способное самостоятельно исправить возникающие при его работе ошибки».
Людям, интересующимся областью квантовых вычислений, известно, что основной проблемой, с которой сталкиваются создатели квантовых вычислительных систем, является непременность сохранения квантового состояния кубитов в течение длительного времени.
Хрупкое квантовое состояние может быть нарушено вмешательством любого из достаточно большого набора внешних факторов, от которых полностью отгородиться не получается принципиально. Решением этой проблемы является фотонный код коррекции ошибок, основой которого является классический метод устранения ошибок, широко используемый в современной вычислительной технике.
Но, главной проблемой, с которой пришлось столкнуться исследователям, является то, что разработанный код коррекции не имеет возможность обнаружения возникшей ошибки прямым способом, не нарушив квантового состояния кубитов.
Исследователи обошли эту проблему, использовав в своих целях появление квантовой запутанности, при помощи которого один кубит может разделять информацией с другими кубитами посредством «призрачной» квантовой связи. Корректирующий адрес, включенный в состав квантовой системы, измеряет значение квантового состояния кубита, запутанного с несколькими соседними кубитами, что позволяет удержать неизменным его исходное состояние.
Созданный код коррекции ошибок работает за счет использования определенного пространственного расположения кубитов, которое чем-то напоминает шахматную доску. И работа этой системы была проверена при помощи 90 тысяч специализированных вычислительных операций, что позволило собрать необходимое количество статистических данных.
«Это послужило доказательством тому, что потраченные на теоретические исследования годы не прошли впустую и практическая материализация технологий коррекции ошибок возможна» — рассказывает Джулиан Келли (Julian Kelly), инженер компании Google.
Достижением является то, что исследователи продемонстрировали, что цифры успешного устранения ошибок в квантовой системе увеличились с увеличением количества кубитов. А декувер в этих уровнях между системами с одним и девятью кубитами составила немного более 8.5 раз.
