Исследователи IBM в сотрудничестве с RWTH Aachen University и Quantum Elements побили предыдущий рекорд устойчивых высокоточных квантовых вычислений на сверхпроводящих кубитах. Прорыв, опубликованный в Nature Communications 27 февраля, решает ключевую проблему в квантовых вычислениях: поддержание стабильных расчетов достаточно долго, чтобы выполнить сложные алгоритмы.
Проблема Квантовой Нестабильности
Квантовые компьютеры полагаются на кубиты, квантовый эквивалент битов, для обработки информации. В отличие от классических битов, кубиты по своей природе хрупки, восприимчивы к шуму даже от малейших вибраций или внешних помех. Эта хрупкость вынуждает ученых объединять несколько физических кубитов в «логические кубиты» в качестве формы резервирования, но даже этот подход уязвим к «логическим ошибкам» — когда одновременно выходят из строя несколько физических кубитов, искажая расчет.
Проблема особенно актуальна для процессоров IBM с 127 кубитами «Kyiv» и «Marrakesh», которые страдают от определенного типа шума, называемого «ZZ crosstalk». Традиционные методы коррекции ошибок не масштабируются эффективно без внесения дополнительных ошибок.
Решение: Нормализованное Динамическое Разъединение (NDD)
Исследовательская группа разработала новый гибридный протокол подавления ошибок, называемый Нормализованным Динамическим Разъединением (NDD). Вместо применения импульсов подавления шума только на аппаратном уровне, NDD корректирует время этих импульсов для синхронизации с выполняемым квантовым кодом. Это требует математического «нормализатора», который динамически настраивает импульсы, позволяя им более эффективно противодействовать шуму.
Результаты значительны:
* Пиковая точность кодирования достигла 98,05% — выше, чем когда-либо зафиксировано ранее.
* Эта точность поддерживалась на уровне 84,87% в течение 55 микросекунд, более чем в два раза превышая предыдущий рекорд в 27 микросекунд.
Почему Это Важно
Чем дольше квантовый компьютер может поддерживать высокую точность, тем более сложные вычисления он может выполнять. Устойчивые 55 микросекунд позволяют выполнить примерно от 4500 до 5500 последовательных квантовых операций до деградации данных. Хотя это может показаться незначительным, это существенное улучшение.
Конечная цель квантовых вычислений — решать задачи, невозможные для классических компьютеров, такие как взлом современной криптографии. Такие задачи, как выполнение алгоритма Шора, могут занять недели или месяцы на работоспособной квантовой системе, по сравнению с триллионами лет на классической машине.
Этот рубеж приближает это будущее, демонстрируя, что устойчивые высокоточные квантовые вычисления достижимы. Успех команды подчеркивает важность гибридных методов подавления ошибок и динамической оптимизации в развитии квантовых технологий.
