QuEra значно знизила частоту помилок у кубітах - її перший комерційно доступний комп'ютер запустять цьогоріч (з 256 фізичними кубітами та 10 логічними кубітами).

Логічні кубіти (кубіти, з'єднані за допомогою квантової сплутаності) зменшують кількість помилок у квантових комп'ютерах, зберігаючи ті самі дані в різних місцях. Це урізноманітнює точки відмови під час виконання обчислень.

Нова машина QuEra, яка має 256 фізичних і 10 логічних кубітів, буде запущена в кінці 2024 року - оголошення, яке слідувало за публікацією в журналі Nature статті дослідників з Гарварду, QuEra та кількох інших установ, що продемонструвала функціонуючий квантовий комп'ютер, який містив 48 логічних кубітів (найбільшу кількість логічних кубітів, протестованих на сьогодні).

«Це перша машина з квантовою корекцією помилок», - каже співавтор дослідження Гаррі Чжоу, фізик з QuEra та Гарвардського університету.

Хоча цей комп'ютер не має достатньої потужності, щоб бути корисним сам по собі - він забезпечує платформу, на якій програмісти можуть почати тестувати код для майбутніх квантових комп'ютерів, сказав Чжоу.

Чому квантові обчислення потребують виправлення помилок?

У той час як звичайні комп'ютери зберігають інформацію в бітах зі значенням 0 або 1, квантові комп'ютери використовують кубіти - які є суперпозицією між 0 і 1, послуговуючись законами квантової механіки.

Кубіти також можуть бути «зшиті» разом за допомогою квантової заплутаності й існувати в кількох станах одночасно - це дозволяє їм виконувати багато обчислень набагато швидше, ніж класичні комп'ютери. Але кубіти можна легко порушити, що робить їх схильними до помилок: приблизно 1 з 1000 кубітів виходить з ладу, проти 1 з 1 мільярда мільярдів бітів у звичайних комп'ютерах.

Найбільший квантовий комп'ютер, створений на сьогодні, має лише близько 1000 кубітів, а висока частота відмов обмежує його потенційне розширення. Виправлення помилок може протидіяти тенденції кубітів до збою, а створення логічних кубітів - один з найбільш ефективних способів.

Зменшення квантового шуму

За словами Чжоу, нова система виправлення помилок базується на надлишковості даних, коли одна і та ж частина даних зберігається в кількох місцях. Тобто логічні кубіти виконують однакові обчислення для кількох фізичних кубітів, значно знижуючи частоту помилок - якщо один або більше фізичних кубітів виходять з ладу, обчислення можна продовжити, оскільки дані доступні в іншому місці.

Щоб створити логічний кубіт, дослідники застосовують до звичайних кубітів комп'ютерний код із виправленням помилок; потім встановлюють логічні ворота, або схеми, між кубітами, щоб сплутати їх. Далі квантовий комп'ютер обчислює «синдром» - в міру того, сталася помилка чи ні, і, використовуючи цю інформацію, він виправляє помилки та переходить до наступного кроку.

Нові кубіти демонструють значний прогрес у порівнянні з попередніми зусиллями. У 2023 році Google Quantum AI Lab продемонструвала рівень помилок у 2,9%, використовуючи три логічні кубіти - тим часом рівень помилок Quera становить 0,5% із 48 логічними кубітами. Оксфордський університет в цьому світовий лідер - із рівнем помилок менш як 0,91% (але лише між двокубітними воротами).

Торік IBM також продемонструвала власну технологію у своєму 127-кубітному чипі Heron, яка зменшила кількість помилок у 5 разів порівняно з іншими чипами. Однак перші відмовостійка машина компанії для комерційного застосування з'явиться не раніше 2029 року.

QuEra тим часом планує запустити кілька квантових комп'ютерів у найближчі роки, починаючи з машин з 30-логічних кубітів і 3000 фізичних кубітів, які вийдуть у 2025 році. Потужніший комп'ютер аж на 10 000 фізичних кубітів та 100 логічних кубітів запланований на 2026-й.

«Машина зі 100 логічними кубітами може виконувати правильні обчислення, які перевищують можливості сучасних суперкомп'ютерів», - сказав Чжоу.