Текст опубликован в личном блоге и его автор не имеет отношения к администрации сайта

Квантовые компьютеры обещают решать задачи, которые не под силу даже самым мощным обычным машинам. Главная сложность в том, что их вычислительные элементы крайне неустойчивы к любым помехам извне. Малейшее колебание температуры или вибрация могут испортить результат, и борьба с такими сбоями отнимает огромную часть ресурсов.

Изображение: ScienceAlert

Квантовый бит, или кубит, может находиться сразу в нескольких состояниях, пока его не измерят. Эта особенность дает машине невероятную вычислительную силу. Та же чувствительность делает кубиты уязвимыми: любое вмешательство окружения разрушает их состояние и вносит ошибки. Чтобы исправить положение, применяют специальные системы коррекции, где несколько физических кубитов защищают информацию одного логического.

Даже с такой защитой остаются операции, которые выполнить надежно очень трудно. Для них заранее готовят особые состояния, которые называют «магическими». Каждое такое состояние можно использовать только один раз, поэтому машине нужен постоянный запас свежих. Готовить их тоже непросто: в процессе накапливаются ошибки.

Раньше для получения качественных «магических состояний» применяли метод перегонки. Он работает, но требует много оборудования и времени. Два года тому назад специалисты Google начали развивать другой подход — «выращивание магических состояний». Это можно сравнить с уходом за одним растением: вместо целой теплицы с кустами роз вы берете одно семечко, тщательно ухаживаете за ним, обрезаете лишнее, а если что-то пошло не так, выбрасываете и начинаете заново. В итоге получается один отличный цветок, и теплица для этого не нужна.

Новый метод проверили на квантовом процессоре Willow. Количество ошибок при подготовке удалось снизить примерно в 40 раз. Точность готовых состояний достигла как минимум 99,99%. За это пришлось заплатить высокую цену: в самых строгих запусках сохраняли лишь около восьми процентов попыток, остальные отбрасывали.

Во время проверки возникла неожиданная сложность. Обычные способы измерения не подходили, потому что малейшие колебания температуры в лаборатории создавали помехи и искажали результат. Потребовались месяцы, чтобы разобраться в причине. В итоге был разработан новый метод измерения, который позволил оценивать надежность состояний без таких искажений.

Метод, который специалисты Google назвали выращиванием магических состояний, проверили на настоящем процессоре. Полученное состояние удалось встроить в более сложную схему защиты от ошибок, где за одним логическим кубитом следит сразу несколько физических. При таком переносе к прежним сбоям добавляются новые, и их еще предстоит устранять. Главное, что подход подтвердил работоспособность на реальном оборудовании и может оказаться менее затратным, чем методы, применявшиеся раньше.