Рекорд в квантовых вычислениях поставлен, но что стоит за этой революцией

Ученые совершили прорыв в квантовых вычислениях, достигнув рекорда по минимальной частоте ошибок — 0,000015%. Это соответствует одной ошибке на 6,7 миллиона операций, что значительно превосходит предыдущий рекорд, установленный той же командой в 2014 году.

Достижение представляет собой важный шаг в решении одной из фундаментальных проблем на пути к созданию квантовых компьютеров, которые будут доступны для повседневного использования. Ошибки в квантовых вычислениях — это главный барьер для создания практичных устройств. Такие ошибки или "шум" могут сделать результаты вычислений бесполезными. Этот шум возникает по разным причинам, включая несовершенства в архитектуре и управлении квантовыми системами, а также из-за влияния фундаментальных физических законов.

Преодоление квантового шума

Одной из задач исследователей было уменьшить шум, создаваемый не законами природы, а самой архитектурой квантовых компьютеров и методами их управления. В то время как такие эффекты, как декогеренция (распад квантового состояния) или утечка кубитов, не поддаются полной коррекции, прогресс был достигнут за счет улучшения способов управления кубитами и минимизации шума, создаваемого оборудованием.

"Резкое снижение вероятности ошибок значительно сокращает инфраструктуру, необходимую для их исправления. Это открывает путь к созданию квантовых компьютеров будущего, которые будут компактнее, быстрее и эффективнее", — прокомментировала аспирантка факультета физики Оксфордского университета и соавтор исследования МоллиСмит, .

Новый подход к квантовым компьютерам

Для этого эксперимента была использована специальная платформа, которая отказалась от традиционного метода с фотонами в качестве кубитов, предпочтя ионы кальция-43. Эта система имеет ряд преимуществ: она работает при комнатной температуре, что значительно упрощает настройку и интеграцию в работающие устройства.

Исследователи использовали микроволны для удержания ионов кальция, что позволило достичь более высокой точности в управлении квантовыми операциями. "Мы перевели ионы в сверхтонкие состояния, подобные тем, которые наблюдаются в атомных часах, и благодаря этому смогли значительно улучшить точность выполнения операций", — говорится в исследовании.

Практическое значение и вызовы

Снижение погрешности стало важным шагом на пути к созданию эффективных квантовых компьютеров. Этот подход позволит значительно уменьшить количество кубитов, необходимых для исправления ошибок, а также снизит стоимость и размер устройства. Однако это не решает всех проблем отрасли. Многим квантовым алгоритмам все равно требуются многозатворные кубиты для выполнения более сложных вычислений, и частота ошибок в таких системах все еще составляет около 1 на 2000.

Тем не менее, это исследование открывает новые горизонты для практических квантовых вычислений и поднимает ожидания относительно будущих достижений в этой области.