Новый подход к исправлению ошибок, примененный исследователями из французской Национальной исследовательской лаборатории INRIA и американским разработчиком аппаратного обеспечения Alice & Bob, может приблизить квантовые вычисления к внедрению, говорится в пресс-релизе. Исследователи утверждают, что им удалось создать 100 надежных логических кубитов, используя всего 1,5 тыс. физических кубитов.
Квантовые компьютеры используют квантовые биты (кубиты) для хранения и обработки информации. В отличие от цифровых битов, используемых в обычных компьютерах, которые существуют в виде нуля или единицы, кубиты могут существовать в обоих состояниях одновременно, что называется суперпозицией. Кроме того, кубиты могут быть квантово-механически связаны друг с другом, что называется запутыванием, и это дает им вычислительные возможности, которые не наблюдались в классических компьютерах.
Поэтому квантовые компьютеры могут выполнять сложные вычисления за относительно короткие промежутки времени. Однако быстрый темп вычислений также сопровождается ошибками, которые необходимо исправлять. Это стало основным препятствием на пути внедрения квантовых компьютеров.
Предыдущие исследования в этой области показали, что для создания одного надежного логического кубита без ошибок в вычислениях требуется около 1 тыс. физических кубитов. При таком масштабе для запуска приложения, такого как алгоритм Шора, потребуется 20 млн кубитов. Это увеличивает инфраструктуру, необходимую для квантовых вычислений, что делает их нецелесообразными для развертывания.
Исследователи работают над уменьшением количества физических кубитов, необходимых для генерации безошибочных логических кубитов. Один из подходов - исправление фазовых переворотов или одномерный код коррекции ошибок. Исследователи из Alice & Bob ранее продемонстрировали, что этот подход может уменьшить количество физических кубитов, необходимых для запуска алгоритма Шора, до 350 тыс., что в 60 раз лучше.
В другом подходе исследователи использовали проверки на четность с низкой плотностью (LDPC) - класс кодов для исправления ошибок, которые снижают требования к аппаратному обеспечению для исправления ошибок при передаче и обмене информацией. Теперь исследователи из Alice & Bob и Inria объединили оба этих подхода, чтобы добиться нового достижения в квантовых вычислениях.
В работе, опубликованной в 2023 году, IBM также предложила использовать LDPC для коррекции ошибок. Однако подход компании предполагал взаимодействие кубитов на большом расстоянии и использование стабилизаторов с большим весом. В Alice & Bob утверждают, что их подход использует локальное взаимодействие кубитов на коротких расстояниях и стабилизаторы с низким весом, что позволяет реализовать параллельные логические вентили без дополнительного оборудования.
Теоретическая работа позволила усовершенствовать LDPC-коды, реализовав в квантовых чипах ворота и связь на коротких расстояниях. Она была опубликована на сервере препринтов Arxiv. Уменьшение накладных расходов на исправление ошибок может позволить запустить квантовый компьютер, имеющий всего 1,5 тыс. физических кубитов.