Квантовые компьютеры - это следующее крупное достижение в области вычислительной техники, которое обещает решить такие проблемы, как изменение климата, разработка лекарств и многое другое для человечества. В отличие от классических компьютеров, которые используют биты для хранения и обработки информации, квантовые компьютеры используют квантовые состояния материалов для обработки данных. Называемые квантовыми битами или кубитами, эти устройства хранения данных могут находиться в нескольких состояниях одновременно, называемых суперпозицией, в отличие от включенных или выключенных двоичных битов. Это позволяет кубитам обрабатывать информацию с экспоненциальной скоростью по сравнению с классическими битами. Однако это также увеличивает вероятность накопления ошибок в ходе процесса, что вызывает необходимость создания надежных систем квантовой коррекции ошибок (QEC).
Решая указанную проблему, канадская компания Nord Quantique сообщила о разработке ею нового метода улучшения квантовой коррекции ошибок (QEC), который в будущем поможет создавать более компактные и энергоэффективные квантовые компьютеры.
Этот подход, получивший название Tesseract code, сочетает в себе многомодовое кодирование с технологией бозонных кубитов, которая защищает систему от множества распространенных ошибок, наблюдаемых в квантовых системах.
Поскольку квантовые вычислительные системы работают при сверхнизких температурах, внедрение систем контроля качества сопряжено с дополнительными затратами, связанными с квантовыми вычислениями, как с точки зрения затрат денег, так и с точки зрения энергопотребления. Как сообщает Nord Quantique, разработанный ею инновационный подход решает обе проблемы одновременно.
Объясняя суть инновационного подхода, Nord Quantique сообщает, что в предлагаемом ею Tesseract code используется технология бозонных кубитов, которая защищает квантовую систему от сдвигов битов, фаз и ошибок управления. Поскольку это связано с многомодовым кодированием, QEC предотвращает ошибки утечки. Согласно исследовательскому документу компании, Tesseract code использует полностью автономную систему коррекции ошибок, способную выполнять измерения в середине цепи, которая может идентифицировать и отбрасывать помеченные реализации во время вычислений. Это называется подавлением ошибок на основе стирания. “Использование физических кубитов для создания избыточности делает систему большой, неэффективной и сложной, что также увеличивает энергопотребление”, - указал Жюльен Камиран-Лемир, генеральный директор Nord Quantique, в пресс-релизе компании. “Многомодовое кодирование позволяет нам создавать квантовые компьютеры с превосходными возможностями коррекции ошибок, но без вмешательства всех этих физических кубитов”.
В ходе демонстрации компания отфильтровала несовершенные прогоны и отбросила 12,6 % данных за каждый цикл из 32 циклов исправления ошибок без заметного ухудшения качества. Представители компании ожидают, что по мере добавления новых режимов Tesseract code также будет обеспечивать дополнительные преимущества в области контроля качества. При этом указывается, что основным преимуществом такого подхода является то, что он позволяет создавать не только отказоустойчивые, но и эффективные квантовые системы.
По оценкам компании, ее квантовый компьютер на 1000 логических кубитов займет всего 20 квадратных метров пространства и легко поместится в центре обработки данных. Что касается экономии энергии, то, по оценкам исследователей, этот подход может привести к сокращению энергопотребления на 90 % по сравнению с высокопроизводительными вычислениями. Так, например, криптографический алгоритм RSA-830 может быть вычислен на скорости 1 МГц всего за один час на их квантовом компьютере с использованием 120 кВт/ч энергии. Для сравнения, для классических высокопроизводительных вычислений потребовалось бы девять дней вычислительного времени при предполагаемых затратах энергии в 280 000 кВт/ч, что свидетельствует о значительной экономии времени и энергии при использовании квантовых вычислений.
Компания Norq Quantifique также подчеркивает, что ее подход гарантирует идентичность физических и логических кубитов, а сам квантовый компьютер на 1000 кубитов с физическими и логическими кубитами в соотношении 1:1 появится в 2029 году.
