Експеримент, проведений під керівництвом Майкла Деворета з Єльського університету, доводить, що
Що таке кубити?
Інформація в класичних обчисленнях надходитьу вигляді бітів, відповідних одиницям або нулям. У квантових обчисленнях вона зберігається в спеціальних пристроях з квантовими властивостями, які відомі як квантові біти або «кубіти».
IBM 7 Qubit Device. Фото: Flickr
В лабораторії Єльського університетуїх створюють з надпровідних ланцюгів, що охолоджуються до температур в 100 разів нижче, ніж у відкритому космосі. Кожен кубит представляє одиницю або нуль, або, як ні дивно, і одиницю, і нуль одночасно. Цей «квантовий паралелізм» — одна з властивостей, яка дозволяє квантовим комп'ютерам виконувати обчислення. Потенційно - на кілька порядків швидше, ніж це можливо на класичних суперкомп'ютерах.
У чому проблема квантових обчислень?
Однак квантові системи крихкі.Їх переслідує фундаментальне явище декогеренції - процес, при якому інформація, що зберігається в кубітах, швидко втрачає свої квантові властивості в результаті їх взаємодії з навколишнім середовищем. Простими словами будь-яке втручання довкілля заважає роботі таких систем, роблячи їх неможливими. Не дає реалізувати квантові комп'ютери повсюдно.
Рішення є, але не все так просто
Квантова корекція помилок, яку теоретичновідкрили в 1995 році, пропонує засоби для боротьби з цією декогерентністю. Він захищає квантовий біт інформації, кодуючи його в системі більшого розміру, ніж у принципі необхідно для подання одного кубіту.
IBM 16 Qubit Processor. Фото: Flickr
Однак ця більша система впливаєнавколишнього середовища ще більш агресивним, а закодований кубіт більш крихким. Через цей ефект і ускладнень, пов'язаних з додатковими компонентами для виправлення помилок, цей процес не продовжував термін служби квантового біта на практиці. Дослідники кажуть, що насправді беззбитковість навіть з невиправленим кубитом — рідкісна подія. Всупереч теоретичним обіцянкам, у більшості експериментів виправлення помилок прискорює декогерентність квантової інформації.
Що зробили вчені?
У процесі експерименту вчені вперше показали,що збільшення надмірності системи, активне виявлення та виправлення квантових помилок забезпечило підвищення стійкості квантової інформації. «Наш експеримент доводить, що квантова корекція помилок - це реальний практичний інструмент. Це більше, ніж просто демонстрація принципу», - пояснює фізик.
Групі вчених вдалося більш ніж подвоїти життя квантової інформації. Їх "кубіт з виправленням помилок жив 1,8 мілісекунди" - в квантових обчисленнях все відбувається швидко.
Вони досягли результатів, використовуючи кодвиправлення помилок, який винайдено в 2001 році. «Так, у нашій області спостерігаються затримки між теоретичними пропозиціями та їх практичною реалізацією», — пояснює Майкл Деворет.
Ілюстрація кубіти. Надано: Єльський університет
Володимир Сівак, провідний автор статті, заявив, щопродуктивність частково досягли за рахунок використання агента машинного навчання. Він настроїв процес виправлення помилок для покращення результату.
«Немає якогось одного одного прориву, якийдозволив нам отримати такий результат. Насправді, це комбінація різних технологій, розроблених за останні кілька років. Ми об'єднали в цьому експерименті», пояснив студент лабораторії Деворета, а зараз науковий співробітник Google.
Чому так важливо?
Практичний успіх квантових обчислень будезалежати від можливості створювати квантові біти надзвичайно високої якості з використанням квантової корекції помилок. Новий експеримент підтверджує наріжне припущення про квантові обчислення; подвоюючи життя кубіту, дослідники довели ключову теорію квантової фізики. «Це дуже надихає», - укладають автори дослідження.
Читати далі:
Знайдено спосіб знизити цукор у крові без уколів інсуліну
Вчені вважають, що форма Всесвіту не така, як усі думають
Вертоліт НАСА показав захід сонця на Марсі. Він не схожий на земний
Ілюстрація на обкладинці: geralt