QuEra значительно снизила частоту ошибок в кубитах — ее первый коммерчески доступный компьютер будет запущен в этом году (с 256 физическими кубитами и 10 логическими кубитами).
Логические кубиты (кубиты, соединенные с помощью квантовой спутанности) уменьшают количество ошибок в квантовых компьютерах, сохраняя одни и те же данные в разных местах. Это разнообразит точки отказа при выполнении вычислений.
Новая машина QuEra с 256 физическими и 10 логическими кубитами, будет запущена в конце 2024 года — объявление, которое последовало за публикацией в журнале Nature статьи исследователей из Гарварда, QuEra и нескольких других учреждений, что продемонстрировала функционирующий квантовый компьютер, который содержал 48 логических кубитов (наибольшее количество логических кубитов, протестированных на сегодня).
«Это первая машина с квантовой коррекцией ошибок», — говорит соавтор исследования Гарри Чжоу, физик из QuEra и Гарвардского университета.
Хотя этот компьютер не имеет достаточной мощности, чтобы быть полезным сам по себе — он обеспечивает платформу, на которой программисты могут начать тестировать код для будущих квантовых компьютеров, сказал Чжоу.
В то время как обычные компьютеры хранят информацию в битах со значением 0 или 1, квантовые компьютеры используют кубиты — которые являются суперпозицией между 0 и 1, пользуясь законами квантовой механики.
Кубиты также могут быть «сшиты» вместе с помощью квантовой запутанности и существовать в нескольких состояниях одновременно — это позволяет им выполнять многие вычисления намного быстрее, чем классические компьютеры. Но кубиты можно легко нарушить, что делает их подверженными ошибкам: примерно 1 из 1000 кубитов выходит из строя, против 1 из 1 миллиарда битов в обычных компьютерах.
Самый большой квантовый компьютер, созданный на сегодня, имеет лишь около 1000 кубитов, а высокая частота отказов ограничивает его потенциальное расширение. Исправление ошибок может противодействовать тенденции к сбою кубитов, и создание логических кубитов — один из наиболее эффективных способов.
По словам Чжоу, новая система исправления ошибок базируется на избыточности данных, когда одна и та же часть данных хранится в нескольких местах. То есть логические кубиты выполняют одинаковые вычисления для нескольких физических кубитов, значительно снижая частоту ошибок — если один или более физических кубитов выходят из строя, вычисления можно продолжить, поскольку данные доступны в другом месте.
Чтобы создать логический кубит, исследователи применяют к обычным кубитам компьютерный код с исправлением ошибок; затем устанавливают логические ворота, или схемы, между кубитами, чтобы спутать их. Далее квантовый компьютер вычисляет «синдром» — по мере того, произошла ошибка или нет, и, используя эту информацию, он исправляет ошибки и переходит к следующему шагу.
Новые кубиты демонстрируют значительный прогресс по сравнению с предыдущими усилиями. В 2023 году Google Quantum AI Lab продемонстрировала уровень ошибок в 2,9%, используя три логических кубита — в то время как уровень ошибок Quera составляет 0,5% с 48 логическими кубитами. Оксфордский университет в этом мировой лидер — с уровнем ошибок менее 0,91% (но только между двухкубитными воротами).
В прошлом году IBM также продемонстрировала собственную технологию в 127-кубитном чипе Heron, которая уменьшила количество ошибок в 5 раз по сравнению с другими чипами. Однако первая отказоустойчивая машина компании для коммерческого применения появится не ранее 2029 года.
QuEra тем временем планирует запустить несколько квантовых компьютеров в ближайшие годы, начиная с машины с 30-логическими и 3000 физическими кубитами, которая выйдет в 2025 году. Более мощный компьютер на 10 000 физических и 100 логических кубитов запланирован на 2026-й.
«Машина со 100 логическими кубитами может выполнять правильные вычисления, которые превышают возможности современных суперкомпьютеров», — сказал Чжоу.
Источник: Space.com