Удалось создать "магические состояния", которые сделают квантовые вычисления полезными

Михаил Года

Основные тезисы

Ученые достигли прорыва в создании "магических состояний" для неклиффордских вычислений, что может привести к безошибочным квантовым компьютерам.
Процесс создания "магических состояний" оптимизирован, что позволяет уменьшить затраты вычислительных мощностей и ускорить развитие квантовых технологий.
Исследование описано в журнале Nature, подчеркивает важность "магических состояний" в современных протоколах квантовых вычислений.
Новые методы значительно сократили количество кубитов, необходимых для надежного создания "магических состояний", делая процесс более эффективным.

"Магические состояния" – ключ к надежным квантовым вычислениям / Unsplash

Внутри квантовых компьютеров скрывается уникальный механизм, способный сделать их действительно мощными – но эта возможность долгое время оставалась недосягаемой для ученых. Новый прорыв приблизил появление настоящих безошибочных вычислений.

В квантовых компьютерах есть базовый набор операций, которые называются Клиффорд-операциями. Они довольно устойчивы к ошибкам, но их недостаточно для того, чтобы полностью раскрыть преимущества квантового вычисления над классическими компьютерами. Для реализации действительно сложных и полезных алгоритмов нужны дополнительные операции – так называемые неклиффордские гейты, реализовать которые надежно очень сложно, рассказывает 24 Канал со ссылкой на LiveScience.

Именно здесь в игру вступают "магические состояния" – специальные квантовые состояния, которые создают в качестве ресурса для неклиффордских вычислений. Их готовят с помощью идеальных Клиффорд-операций и дистилляции – многоступенчатого процесса отбора, который позволяет получить высококачественное "магическое состояние" из многих "шумных" (дефектных) копий.

Однако создание "магических состояний" было одним из главных препятствий на пути к настоящим безошибочным квантовым компьютерам. Дело в том, что дистилляция "магических состояний" из физических кубитов, подверженных ошибкам, была доступна уже давно, но провести ее на уровне логических кубитов (то есть сгруппированных и закодированных так, чтобы быть защищенными от ошибок) было сложно.

Ученые лишь недавно смогли осуществить этот прорыв, продемонстрировав дистилляцию "магических состояний" на логических кубитах и доказав, что можно строить квантовые компьютеры, которые действительно опережают классические в обработке данных.

Это открытие может решить одну из серьезных проблем работы квантовых компьютеров / Фото QuEra

Важно! Детали исследования описаны в работе опубликованной в журнале Nature.

"Магические состояния" нужно использовать во многих современных протоколах квантовых вычислений, ведь они позволяют реализовывать те операции, которые нельзя выполнить простыми средствами. Ранее защитные схемы требовали сотни тысяч кубитов для создания надежных "магических состояний", но современные методы значительно сократили это количество, а сам процесс стал более эффективным.

Почему это важное достижение?

Большинство ресурсов и усилий в масштабных квантовых компьютерах тратится именно на создание, проверку и ввод "магических состояний". Поэтому оптимизация этого процесса позволяет уменьшить затраты вычислительных мощностей и сделать большие квантовые вычисления реально достижимыми.

Мир квантовых технологий активно развивается. Например, недавно ученые создали первый электронно-фотонный чип, интегрирующий квантовую фотонику с классической электроникой, позволяя стабилизировать квантовый свет без крупногабаритного оборудования.