Кубит - квантовомеханический аналог обычного бита - это основной и наименьший элемент квантового компьютера. Собственно он и хранит информацию.
Физически кубит делают на основе сверхпроводников, в которых за счет электрического тока удается реализовать необходимые для вычисления состояния - или О, или 1. Как и в традиционных компьютерах. Принципиальное отличие в том, что кубит может находиться еще и в так называемой суперпозиции - то есть, принимать промежуточные состояния. Понять это простым смертным не стоит и пытаться - квантовый мир полон причудами. Но именно они и позволят в будущем фантастически увеличить скорость и мощность вычислений.
Однако есть препятствия. Кубиты - «создания» очень нежные, если можно так выразиться. Чувствительны к внешним возмущениям - чуть что «погибают». То есть, утрачивают свои энергетические состояния. А вместе с ними и информацию.
Ученые, естественно, работают над тем, чтобы продлить «жизнь» кубитов в квантовых компьютерах. Недавно исследователи из Йельского университета (Yale University in Connecticut) установили своеобразный рекорд - кубиты у них прожили 1,8 миллисекунды. Миг, какой-то. Тем не менее, прежнее достижение перекрыто в два раза.
Физики, которыми руководил Майкл Деворет (Michel Devoret), не усердствовали, ограждая «неженок» от возмущений, а стали в реальном времени исправлять появляющиеся ошибки. Применили метод, который так и называется «квантовая коррекция ошибок» - сокращенно QEC (quantum error correction).
Ученые уверяют: они впервые в мире показали, что метод работает - повышает устойчивость квантовой информации. О чем сообщили в журнале Nature.
КОММЕНТАРИЙ УЧЕНОГО
Кубиты следят друг за другом
Алексей Федоров, руководитель научной группы Российского Квантового Центра и Университета МИСИС:
- Для того, чтобы нивелировать эффект ошибок при работе классических процессоров используются коды коррекции ошибок. Они настолько быстры, что мы даже не замечаем, как эффективно работает процедура.
В квантовом случае коррекция ошибок - гораздо более сложная задача. Хотя бы потому, что невозможно идеально копировать заранее неизвестные квантовые состояния. Квантовая физика запрещает такую процедуру.
Ключевая «хитрость» - избыточное кодирование, в котором для создания одного «идеального» (логического) кубита используется множество реальных (физических). Физические кубиты «подсматривают» друг за другом, чтобы обнаружить ошибку, которую потом можно исправить.
Ученые из Йельского университета показали возможность коррекции ошибок в реальном времени с высокой степенью исправления. В качестве физической платформы использовали сверхпроводниковые квантовые процессоры - одну из платформ-лидеров для квантовых вычислений. Её активно развивают и в России.
Переход к квантовым компьютерам с коррекции ошибок позволит ускорить реализацию практических задач из области машинного обучения, оптимизации, моделирования химических систем и материалов с использованием квантовых процессоров. В перспективе это позволит решать те задачи, которые принципиально недоступны для классических суперкомпьютеров: оптимизировать логистические процессы на уровне города или быстро синтезировать лекарства.
Автор: Владимир ЛАГОВСКИЙ