Výzkumníci IBM ve spolupráci s RWTH Aachen University a Quantum Elements překonali předchozí rekord v trvalém, vysoce přesném kvantovém počítání na supravodivých qubitech. Průlom, publikovaný v Nature Communications dne 27. února, řeší klíčový problém v kvantovém počítání: udržování stabilních výpočtů dostatečně dlouho na to, aby bylo možné spustit složité komplexní.
Problém kvantové nestability
Kvantové počítače se při zpracování informací spoléhají na qubity, kvantový ekvivalent bitů. Na rozdíl od klasických bitů jsou qubity ze své podstaty křehké, náchylné k šumu i při nejmenších vibracích nebo vnějším rušení. Tato křehkost nutí vědce kombinovat více fyzických qubitů do „logických qubitů“ jako formu redundance, ale i tento přístup je zranitelný vůči „logickým chybám“ – když selže více fyzických qubitů současně, což zkresluje výpočet.
Problém je zvláště akutní u 127-qubitových procesorů IBM „Kyiv“ a „Marakesh“, které trpí určitým typem šumu zvaným „ZZ přeslechy“. Tradiční metody opravy chyb neškálují efektivně bez zavedení dalších chyb.
Řešení: Normalizované dynamické odpojení (NDD)
Výzkumný tým vyvinul nový hybridní protokol pro potlačení chyb nazvaný Normalized Dynamic Disconnect (NDD). Namísto aplikace pulzů redukce šumu pouze na hardwarové úrovni upravuje NDD načasování těchto pulzů tak, aby se synchronizovaly s prováděným kvantovým kódem. To vyžaduje matematický „normalizér“, který dynamicky upravuje pulzy, aby mohly účinněji odolávat šumu.
Výsledky jsou významné:
* Špičková přesnost kódování dosáhla 98,05 % – více než kdy předtím.
* Tato přesnost byla udržována na 84,87 % po dobu 55 mikrosekund, což je více než dvojnásobek předchozího rekordu 27 mikrosekund.
Proč je to důležité
Čím déle může kvantový počítač udržovat vysokou přesnost, tím složitější výpočty může provádět. Trvalých 55 mikrosekund umožňuje přibližně 4500 až 5500 po sobě jdoucích kvantových operací před degradací dat. I když se to může zdát málo, jde o významné zlepšení.
Konečným cílem kvantového počítání je vyřešit problémy, které jsou pro klasické počítače nemožné, jako je prolomení moderní kryptografie. Problémy, jako je provedení Shorova algoritmu, mohou na funkčním kvantovém systému trvat týdny nebo měsíce ve srovnání s biliony let na klasickém stroji.
Tento milník přibližuje tuto budoucnost a ukazuje, že udržitelné, vysoce přesné kvantové výpočty jsou dosažitelné. Úspěch týmu zdůrazňuje význam hybridního potlačení chyb a technik dynamické optimalizace při vývoji kvantových technologií.
