Повысить устойчивость квантовых компьютеров помогут «кошачьи» кубиты

Специалисты компании Amazon разработали схему отказоустойчивого квантового компьютера, в котором используется новый подход к квантовой коррекции ошибок. Архитектура новинки базируется на так называемых «кошачьих» кубитах, устойчивых к переворачиванию битов.

В квантовых вычислениях ошибки возникают из-за того, что квантовые компьютеры неизбежно подвергаются влиянию окружающей среды. Закодированная в устройстве информация о квантовой системе проникает в окружающую среду (данный процесс называется декогеренция), и получить доступ ко всей информации об устройстве, наблюдая только за ним, становиться невозможно. Так возникает ошибка, в результате которой теряется часть информации.

Специалисты Amazon представили новую схему устойчивого к ошибкам квантового компьютера с использованием «кошачьих» кубитов (кубитов в квантовом состоянии кота Шредингера). Смысл в том, чтобы после стабилизации «кошачьего» кубита ошибки с переворотом битов сводились к минимуму, тогда как ошибки переворота фазы учащались. В свою очередь, ошибки переворота фазы можно исправлять с помощью активной коррекции.

Идея одновременного использования состояния кота Шредингера и активной коррекции ошибок не нова. Тем не менее, данное исследование отличается от предыдущих тем, что специалисты выполнили полное моделирование шума, в том числе углубленно изучили редкие процессы переворота битов. Таким образом, им удалось улучшить показатели логической ошибки более чем на пять порядков по сравнению с полностью незащищенными кубитами.

Кубит – квантовый разряд, или наименьший элемент для хранения информации в квантовом компьютере.

Декогеренция – процесс нарушения когерентности, вызываемый взаимодействием квантовомеханической системы с окружающей средой посредством необратимого с точки зрения термодинамики процесса. Во время протекания этого процесса у самой системы появляются классические черты, которые соответствуют информации, имеющейся в окружающей среде.

Квантовое состояние кота Шредингера – согласно квантовой механике, если над ядром не производится наблюдение, то его состояние описывается суперпозицией (смешением) двух состояний – распавшегося ядра и нераспавшегося ядра, следовательно, кот, сидящий в ящике, и жив, и мертв одновременно.