Фізики створили квантовий комп'ютер, який може корегувати помилки у власній роботі - дослідження

Квантовими комп’ютерами називають обчислювальні пристрої, в основі роботи яких лежать принципи квантової механіки. На відміну від звичайних комп’ютерів, в яких для передачі та обробки даних використовуються біти — одиниці інформації, які містять або 1, або 0, квантові комп’ютери оперують кубітами — осередками пам’яті і примітивними обчислювальними модулями, які можуть зберігати в собі одночасно і нуль, і одиницю. Завдяки цьому квантові комп’ютери можуть обробляти великі обсяги інформації в багато разів швидше за звичайні — навіть якщо це суперкомп’ютери з величезними обчислювальними потужностями.

Як правило, кубіти можуть недовго перебувати в подібному стані: його можуть порушити випадкові взаємодії з об’єктами навколишнього світу і розірвати зв’язки, які об’єднують кубіти з сусідніми квантовими осередками пам’яті. Вчені вже багато років намагаються продовжити час їхнього життя.

Ту ж проблему можна вирішити іншим шляхом: для цього квантовий комп’ютер повинен без втручання людини корегувати помилки, які виникають в роботі кубітів. За останні кілька років з’явилося декілька способів такої корекції. Однак використовувати їх поки неможливо через те, що для них потрібні сотні або навіть тисячі пов’язаних один з одним кубітів.

ЧИТАЙТЕ ТАКОЖ: Китай заявив про створення квантового комп’ютера, який “в 10 млрд раз швидше аналога від Google”

Нещодавно фізики-теоретики припустили, що цю проблему можна обійти, якщо використовувати не фізичні, а логічні кубіти — особливу структуру з декількох заплутаних один з одним осередків квантової пам’яті. Завдяки цьому квантовий стан, яке зберігається в логічному кубіті, можна буде розподілити таким чином, що ця інформація не зникне, навіть якщо один з фізичних осередків вийде з ладу.

У вересні минулого року фахівці з Інсбрукського університету (Австрія) вперше реалізували цю ідею на практиці. Вони створили поодинокі логічні кубіти, захищені від втрати квантової інформації. Після цього вчені почали працювати над наступним великим завданням — налагодженням взаємодій між подібними віртуальними квантовими осередками пам’яті.

Досліди показали, що цього можна домогтися за допомогою всього десяти фізичних кубітів, об’єднаних в два логічних осередки квантової пам’яті, і способом так званої “решіткової хірургії”. З її допомогою можна об’єднувати логічні кубіти або розділяти їх на частини, проводячи певні логічні операції з частиною фізичних кубітів, які лежать в їх основі.

Фізики перевірили свої ідеї на десятікубітному іонному квантовому комп’ютері, який розробили в австрійському Інсбрукському університеті. Логічні кубіти дійсно можна було заплутувати подібним чином. При вирішенні найпростіших завдань правильну відповідь вдавалося отримувати з ймовірністю в 80-87%.

Вчені вважають, що подібним чином можна створювати і більш складні квантові обчислювальні машини, які складаються з десятків логічних кубітів.