На це пішло 20 років: створено "магічні стани" для боротьби з помилками у квантових комп'ютерах

У квантових комп'ютерах є базовий набір операцій, які називаються Кліффорд-операціями. Вони доволі стійкі до помилок, але їх недостатньо для того, щоб повністю розкрити переваги квантового обчислення над класичними комп'ютерами. Для реалізації справді складних і корисних алгоритмів потрібні додаткові операції – так звані некліффордські гейти, реалізувати які надійно дуже складно, розповідає 24 Канал з посиланням на LiveScience.

Саме тут в гру вступають "магічні стани" – спеціальні квантові стани, які створюють у якості ресурсу для некліффордських обчислень. Їх готують за допомогою ідеальних Кліффорд-операцій та дистиляції – багатоступеневого процесу відбору, який дозволяє отримати високоякісний "магічний стан" з багатьох "шумних" (дефектних) копій.

Однак створення "магічних станів" було однією з головних перешкод на шляху до справжніх безпомилкових квантових комп'ютерів. Річ у тім, що дистиляція "магічних станів" з фізичних кубітів, схильних до помилок, була доступна вже давно, але провести її на рівні логічних кубітів (тобто згрупованих та закодованих так, щоб бути захищеними від помилок) було складно.

Вчені лише нещодавно змогли здійснити цей прорив, продемонструвавши дистиляцію "магічних станів" на логічних кубітах і довівши, що можна будувати квантові комп'ютери, які справді випереджають класичні в обробці даних.

Це відкриття може вирішити одну з серйозних проблем роботи квантових комп'ютерів / Фото QuEra

Важливо! Деталі дослідження описані в роботі опублікованій в журналі Nature.

"Магічні стани" потрібно використовувати в багатьох сучасних протоколах квантових обчислень, адже вони дозволяють реалізовувати ті операції, які не можна виконати простими засобами. Раніше захисні схеми вимагали сотні тисяч кубітів для створення надійних "магічних станів", але сучасні методи значно скоротили цю кількість, а сам процес став ефективнішим.

Чому це важливе досягнення?

Більшість ресурсів та зусиль у масштабних квантових комп'ютерах витрачається саме на створення, перевірку та введення "магічних станів". Тому оптимізація цього процесу дозволяє зменшити витрати обчислювальних потужностей і зробити великі квантові обчислення реально досяжними.

Світ квантових технологій активно розвивається. Наприклад нещодавно вчені створили перший електронно-фотонний чип, що інтегрує квантову фотоніку з класичною електронікою, дозволяючи стабілізувати квантове світло без великогабаритного обладнання.