Квантовые компьютеры могут быть сделаны с меньшим количеством компонентов благодаря технологии, вдохновленной котом Шредингера. Группа исследователей из Amazon Web Services использовала «бозонные кошачьи кубиты», чтобы улучшить способность квантовых компьютеров исправлять ошибки. Демонстрация квантовой коррекции ошибок, требующая снижения накладных расходов на оборудование, представлена в статье, опубликованной в Nature.
Кот Шредингера поможет в создании квантового компьютера
Квантовые компьютеры могут быть сделаны с меньшим количеством компонентов благодаря технологии, вдохновленной котом Шредингера. Группа исследователей из Amazon Web Services использовала «бозонные кошачьи кубиты», чтобы улучшить способность квантовых компьютеров исправлять ошибки.
Кот Шредингера. Переворот фазы. Public Domain
Возможно, вы уже устали от этого «кота», и живого и мертвого одновременно, которого часто вспоминают совершенно не по делу. Но это не тот случай. Бозонные кошачьи кубиты (конечно, их так назвали в честь знаменитого кота, куда же без него) — это особые кубиты, в которых берется суперпозиция состояний обязательно в противоположных фазах (по аналогии с жизнью и смертью). В других кубитах фазы могут быть смешанными. Кошачьи кубиты хороши тем, что они надежно защищены от определенных типов ошибок. Вот эта особенность и использована в новых кубитах.
Система использует так называемые кошачьи кубиты (кубиты являются квантовым эквивалентом классических вычислительных битов), которые разработаны для устойчивости к определенным типам шума и ошибок, которые могут нарушить работу квантовых систем. Этот подход требует меньшего количества компонентов для достижения квантовой коррекции ошибок, чем другие конструкции.
Как кот Шредингера защищает кубиты от ошибок
Квантовые компьютеры подвержены ошибкам, что ограничивает их вычислительный потенциал. Квантовая коррекция ошибок — это метод, который помогает уменьшить количество ошибок путем распределения информации по нескольким кубитам, что позволяет идентифицировать и исправлять ошибки, не искажая вычисления. Однако большинство подходов к квантовой коррекции ошибок обычно полагаются на большое количество дополнительных кубитов для обеспечения достаточной защиты от ошибок, что потенциально приводит к общему снижению эффективности.
Процессор Sycamore компании Google использует квантовые биты, или кубиты, для выполнения алгоритмов.
В новой работе ученые исследуют потенциально более эффективный способ реализации квантовой коррекции ошибок с использованием типа кубита, называемого «бозонным кошачьим кубитом». Эти кошачьи кубиты по своей сути — на аппаратном уровне — обладают высокой устойчивостью к одному типу ошибок (называемым переворотом бита) за счет большей вероятности возникновения другого типа ошибок (называемого переворотом фазы). Это смещение ошибки позволяет исследователям разрабатывать квантовые коды коррекции ошибок, которые фокусируются только на работе с ошибками переворота фазы, что приводит к общей гораздо более эффективной конструкции, требующей меньшего количества дополнительных кубитов.
Авторы демонстрируют сверхпроводящее квантовое схемное устройство с использованием массива кошачьих кубитов, где ошибки, как показано, подавляются с 1,75% за цикл до 1,65% для кода коррекции ошибок с пятью кошачьими кубитами. Достижение подавления ошибок с помощью других кодов исправления ошибок ранее требовало десятков дополнительных кубитов.
Эти результаты показывают, что использование бозонных кошачьих кубитов может быть эффективным способом достижения отказоустойчивых квантовых вычислений. Авторы предполагают, что система имеет потенциал для масштабирования и делает это эффективно, но отмечают, что необходима дальнейшая оптимизация для повышения производительности до уровня, который может позволить практические приложения квантовых вычислений.