Квантовые компьютеры впервые достигли точности вычислений выше 99 процентов: что это значит

Каждая из команд ученых представила результат своей работы в научный журнал Nature. Все три статьи были опубликованы 19 января. Издание Science Аlert подытожило результаты.

Интересно Полный эффект присутствия: предлагающие инновационные новинки от Samsung

Квантовое будущее

Как работают квантовые вычисления

Квантовые вычисления базируются на квантовой механике. Информация в этом случае кодируется в кубитах или квантовых битах. Они эквивалентны привычным нам двоичным битам – основным единицам информации в обычных компьютерах. Однако там, где биты в конкретный момент обрабатывают информацию только в одном из двух состояний (или 1, или 0), кубит может находиться в состоянии 1, 0 или в обоих одновременно.

Последнее состояние – 1 и 0 одновременно – известно как суперпозиция. Поддержка суперпозиции кубит позволяет квантовым компьютерам решать сложные математические задачи, выполняя вычисления, основанные на вероятности состояния объекта до его измерения. Это можно примерно сравнить с состоянием подброшенной вращающейся в воздухе монетки. Прежде чем приземлиться, она вроде бы одновременно и орел, и решка.

Эти квантовые суперпозиции могут быть переплетены с суперпозициями других объектов, а значит, их конечные результаты будут математически связаны, даже если мы еще не знаем, что они собой представляют. То есть, мы еще не знаем, какое там значение, а квантовый компьютер его уже измерил и соотнес с другими такими же единицами информации, которые находятся в суперпозиции.

Представить такое сложновато, но это работает. Квантовый компьютер потенциально обладает такой высокой производительностью, которая и не снилась даже самым мощным современным машинам.

Однако до недавнего времени попытки сосчитать информацию с помощью суперпозиции давали слишком много ошибок. Поэтому повышение точности квантовых операций являлось предметом интенсивных исследований.

Результаты работы ученых

• В Австралии команда под руководством Физика Андреа Морелло из Университета Нового Южного Уэльса добилась точности 99,95% для сделок с одним кубитом и 99,37% для сделок с двумя кубитами.
• В Нидерландах команда под руководством Физика Ливена Вандерсипена из Делфтского технологического университета достигла точности 99,87% для операций с одним кубитом и 99,65% для операций с двумя кубитами.
• В Японии группа под руководством Физика Сейго Таручи из RIKEN достигла точности 99,84% для операций с одним кубитом и 99,51% для операций с двумя кубитами.

Когда ошибки столь редки, становится возможным обнаруживать их и исправлять при возникновении. Это показывает, что можно создать квантовые компьютеры, которые имеют достаточный масштаб и достаточную мощность для выполнения значительных вычислений. Обычно для применения протоколов квантовой коррекции ошибок требуется частота ошибок ниже 1 процента,
– говорит Андреа Морелло.

Теперь, когда проблема точности преодолена, ученым со всего мира открываются новые горизонты в работе с квантовыми компьютерами. Теперь инженеры собираются приступить к созданию кремниевых квантовых процессоров.