Badacze IBM, we współpracy z RWTH Aachen University i Quantum Elements, pobili poprzedni rekord w zakresie trwałych, precyzyjnych obliczeń kwantowych na kubitach nadprzewodzących. Przełom, opublikowany w Nature Communications 27 lutego, rozwiązuje kluczowy problem obliczeń kwantowych: utrzymanie stabilnych obliczeń wystarczająco długo, aby uruchomić złożone algorytmy.
Problem niestabilności kwantowej
Komputery kwantowe do przetwarzania informacji wykorzystują kubity, kwantowy odpowiednik bitów. W przeciwieństwie do klasycznych bitów, kubity są z natury delikatne, podatne na zakłócenia pochodzące nawet od najmniejszych wibracji lub zakłóceń zewnętrznych. Ta kruchość zmusza naukowców do łączenia wielu fizycznych kubitów w „kubity logiczne” w ramach redundancji, ale nawet takie podejście jest podatne na „błędy logiczne” — gdy wiele fizycznych kubitów zawiedzie w tym samym czasie, co zniekształca obliczenia.
Problem jest szczególnie dotkliwy w przypadku 127-kubitowych procesorów IBM „Kijów” i „Marrakesz”, które cierpią z powodu pewnego rodzaju szumu zwanego „przesłuchem ZZ”. Tradycyjne metody korekcji błędów nie skalują się efektywnie bez wprowadzenia dodatkowych błędów.
Rozwiązanie: Znormalizowane rozłączenie dynamiczne (NDD)
Zespół badawczy opracował nowy hybrydowy protokół tłumienia błędów o nazwie Normalized Dynamic Disconnect (NDD). Zamiast stosowania impulsów redukcji szumów tylko na poziomie sprzętowym, NDD dostosowuje czas tych impulsów, aby zsynchronizować je z wykonywanym kodem kwantowym. Wymaga to matematycznego „normalizatora”, który dynamicznie dostosowuje impulsy, aby umożliwić im skuteczniejszą odporność na szum.
Wyniki są znaczące:
* Szczytowa dokładność kodowania osiągnęła 98,05% – więcej niż kiedykolwiek wcześniej rejestrowana.
* Dokładność została utrzymana na poziomie 84,87% przez 55 mikrosekund, czyli ponad dwukrotnie więcej niż poprzedni rekord wynoszący 27 mikrosekund.
Dlaczego to jest ważne
Im dłużej komputer kwantowy może utrzymywać wysoką precyzję, tym bardziej złożone obliczenia może wykonywać. Trwałe 55 mikrosekund pozwala na wykonanie około 4500 do 5500 kolejnych operacji kwantowych przed degradacją danych. Choć może się to wydawać niewielkie, jest to znacząca poprawa.
Ostatecznym celem obliczeń kwantowych jest rozwiązywanie problemów niemożliwych do rozwiązania dla klasycznych komputerów, takich jak łamanie współczesnej kryptografii. Problemy takie jak wykonanie algorytmu Shora mogą zająć tygodnie lub miesiące w funkcjonalnym systemie kwantowym, w porównaniu do bilionów lat na klasycznej maszynie.
Ten kamień milowy przybliża tę przyszłość, pokazując, że możliwe jest osiągnięcie zrównoważonych i precyzyjnych obliczeń kwantowych. Sukces zespołu podkreśla znaczenie hybrydowych technik tłumienia błędów i optymalizacji dynamicznej w rozwoju technologii kwantowych.
