Самые мощные современные суперкомпьютеры могут моделировать сложные погодные условия и рождение звезд, но в перспективе даже скромный квантовый компьютер сможет превзойти эти машины. Таинственная природа квантовой механики до сих пор не разгадана и современные квантовые вычисления не могут похвастаться высокой производительностью, но все может поменяться, потому что IBM заявила о значительном прорыве. По словам Джея Гамбетты из IBM, мы достигли «эры полезности».
Квантовые компьютеры являются важной научно-исследовательской областью, но они пока не показывают тот результат на который рассчитывают ученые всего мира. Они продолжают экспериментировать из-за невероятного потенциала квантовых вычислений, которые используют преимущества странных квантовых свойств, таких как запутанность, интерференция и суперпозиция, для ускорения вычислений. Например, цифровые компьютеры, которые мы эксплуатируем в течение десятилетий, используют транзисторы для обозначения 1 или 0. Используя суперпозицию, квантовый бит (кубит) может быть 1, 0 или сразу обоими. Хранение нескольких значений позволяет кубиту выполнять сразу множество вычислений, в то время как классический компьютер должен выполнять их по отдельности.
Эти системы невероятно быстрые, правда, но они не дают стабильных результатов — по крайней мере, до недавнего времени, утверждается в исследовании, опубликованном в журнале Nature. В 2019 году компания Google заявила о своем квантовом превосходстве, произведя вычисления, которые, по ее словам, заняли бы тысячи лет на цифровом компьютере. Однако последующий анализ показал, что обычный компьютер может делать те же самые таблицы, если ему дать немного больше времени. Заявление IBM касается не столько скорости, сколько надежности. Чтобы квантовый компьютер был полезным, он должен каждый раз давать один и тот же ответ, и IBM сделала большой шаг в этом направлении, продемонстрировав устранение ошибок .
Команда создала симуляцию стержневых магнитов состоящих из 127 атомов с помощью компьютера из 127 кубитов - системы, известной как модель Изинга, которая часто используется для изучения магнетизма. В таком масштабе на магниты влияют квантовые факторы, что делает невозможным точное моделирование на классическом компьютере. Исследователи использовали квантовую интерференцию, чтобы изменить результаты, отдалив их от решения. Добавив шум в расчеты, команда IBM Quantum смогла понять влияние шума в моделировании, работая в обратном направлении, чтобы достичь идеального, низкошумного результата.
Они выполнили квантовое моделирование Изинга 600 000 раз, чтобы найти правильную конфигурацию, но проверка полученного результата стала ещё одной проблемой. Поскольку модели Изинга очень сложны, цифровое моделирование оценивает только некоторые параметры. Сравнивая квантовые результаты с классическими, некоторые конфигурации показали более высокую точность в квантовой системе. В других случаях значения расходятся. Ученые не знают, верны ли квантовые решения, но команда подозревает, что они верны.
Моделирование магнитов — это всего лишь один из способов проверки уменьшения квантовых ошибок, но идея состоит в том, чтобы сделать квантовые компьютеры пригодными для решения общих задач. Возможно, до этого еще далеко, но IBM продолжает поиски.
