Вопреки желаниям, компьютеры не безошибочны и иногда в процессе своей работы выдают ошибки.
В настоящее время, благодаря качественным комплектующим и ряду систем, их вероятность крайне редкая. Однако речь идёт о классических единицах вычислений. В случае с квантовыми компьютерами ошибки случаются гораздо чаще, а механизмы их исправления непросты.
Читайте также: Компьютер с питанием от фотосинтеза — на что способны цианобактерии
Безупречный квантовый компьютер
Проблема исправления ошибок в том, что фундаментальные законы квантовой механики делают невозможным копирование квантовой информации.
Эту проблему удалось обойти, разбив логическую квантовую информацию на запутанные состояния нескольких физических систем, как множество отдельных атомов. И да, это сложнее, чем кажется.
Первым шагом является создание двух универсальных логических элементов с ионной ловушкой, состоящей из 16 захваченных атомов. Квантовая информация хранится в двух логических квантовых битах, каждый из которых распределялся по семи атомам.
Здесь остановимся и объясним, что такое логические вентили: это схемы, генерирующие на выходе соответствующий цифровой сигнал, который зависит от входных сигналов. Их можно считать математической операцией.
Например, вентиль NOT инвертирует входной сигнал с 1 на 0 или с 0 на 1, вентиль AND умножает два сигнала на себя, а вентиль NAND умножает и инвертирует результат. Есть, конечно, и многие другие.
В случае квантовых компьютеров также есть логические вентили, которые выполняют квантовые вычисления. Хотя помехоустойчивые квантовые вентили существовали и раньше, учёным впервые удалось создать помехоустойчивые квантовые Т-образные вентили.
Почему Т-образные вентили здесь так важны? Объяснил физик-теоретик Маркус Мюллер:
Т-ворота — очень фундаментальные операции. Они представляют особый интерес, потому что квантовые алгоритмы без Т-вентилей могут быть относительно легко смоделированы на классических компьютерах, что сводит на нет любое возможное увеличение скорости. Это больше невозможно с T-Gated алгоритмами.
Говоря более доступным языком: так как квантовые вычисления для оставшихся квантовых вентилей можно воссоздать на классическом суперкомпьютере, с T-Gated это невозможно.
Физики продемонстрировали Т-ворота, подготовив особое состояние в логическом квантовом ритме и телепортировать его в другой квантовый бит через операцию запутанных ворот. Это защищает сохранённую квантовую информацию от ошибок в закодированных логических квантовых битах.
И здесь у нас есть ещё одна проблема: действия бесполезны без вычислительных операций, а они, в свою очередь, подвержены ошибкам.
Однако и эта проблема была решена. Учёные реализовали логические операции с кубитами таким образом, что ошибки, вызванные базовыми физическими операциями, могут быть обнаружены и исправлены.
Таким образом, они создали первую устойчивую к ошибкам реализацию универсального набора вентилей на закодированных логических квантовых битах.
Отказоустойчивая реализация требует больше операций, чем отказоустойчивая. Это внесёт больше ошибок в масштабе отдельных атомов, но тем не менее экспериментальные операции над логическими кубитами лучше, чем не отказоустойчивые логические операции.
Усилия и сложность возрастают, но качество получается лучше.
Исследователи также проверили и подтвердили свои экспериментальные результаты с помощью численного моделирования на классических компьютерах. Теперь физики продемонстрировали все строительные блоки отказоустойчивых вычислений на квантовом компьютере.
Далее задача состоит в том, чтобы реализовать эти методы на более крупных и, следовательно, более полезных квантовых компьютерах. Методы, продемонстрированные в Инсбруке на квантовом компьютере с ионной ловушкой, также можно использовать на других архитектурах квантовых компьютеров.
Хотите первыми узнавать всё о Hi-Tech – ПОДПИСЫВАЙТЕСЬ НА КАНАЛ
А также читайте самые свежие обзоры на нашем сайте – TehnObzor.RU