Благодарение на нов усъвършенстван процесор и подобрена система за корекция на грешки е Google е успяла да постигне значително увеличение на живота на квантовите кюбити. Както съобщава Ars Technica, учените са успели да създадат квантовия процесор Willow, който за първи път е преодолял прага на квантовата корекция на грешки.

Това означава, че с увеличаване на броя на кюбитите процентът на грешките не се увеличава, а намалява. Освен това е установено, че при напълно ангажиран процесор със 105 кюбита логическият квантов бит е стабилен средно за един час.

За да развие квантовата технология, Google изгради собствен производствен център за създаване на свръхпроводящи процесори.

„Преди това всички устройства Sycamore бяха изработвани в обща лаборатория в университета, като дипломанти и други изследователи работеха рамо до рамо върху различни експерименти. Ние обаче инвестирахме значителни средства в новото съоръжение, наехме персонал, оборудвахме го с техника и преместихме процесите си там.

казва Джулиан Кели от екипа на Google

Първият резултат от работата на новия център е увеличаването на броя на кюбитите до 105 единици в процесора Willow, който е второ поколение квантов процесор на Google. Новата архитектура на този процесор позволила да се намали процентът на грешките чрез увеличаване на размера на отделните кюбити, което ги направило по-малко чувствителни към шума. Този напредък беше потвърден и при тестовете, проведени с помощта на патентован бенчмарк на Google.

„Установихме, че за изпълнението на дадена задача на нашия нов процесор са необходими по-малко от 5 минути, докато за класически компютър би било необходимо време, съизмеримо с възрастта на Вселената.“

отбеляза Кели

По-конкретно, Willow се нуждае от по-малко от 5 минути, за да изпълни задача от квантовия бенчмарк RCS, която би отнела на Frontier (най-бързия суперкомпютър в света) 10 септилиона (10²⁴) години.

Ключов аспект на изследването беше поведението на логическите кюбити, които са основният елемент на квантовите изчисления. Те се състоят от няколко хардуерни кюбита, които работят заедно, за да откриват и коригират грешки. За изпълнението на сложни алгоритми, които отнемат часове, стабилността на тези кюбити е от решаващо значение, а новият резултат на Google потвърждава, че подобрената корекция на грешки може да осигури необходимото ниво на надеждност. Коригирането на квантови грешки е предизвикателство, с което изследователите се сблъскват през последните 30 години и което възпрепятства практическото използване на квантовите компютри.

За тази цел се използва специален код за корекция на грешки, който представлява „повърхностен код“ (този код също трябва да е устойчив на грешки), който трябва да се вписва идеално в квадратна решетка от кюбити. Увеличаването на размера на тази решетка и използването на все повече и повече от нея също подобрява корекцията. Изследването установи, че преминаването от разстояние 3 към 5 и след това към 7 намалява наполовина процента на грешките на всяка стъпка.

„Увеличаваме решетката над тази система и процентът на грешките спада наполовина след всяка стъпка.“

обяснява Майкъл Нюман от Google.

Въпреки това кюбитите все още са податливи на редки грешки.

Една от причините за това са локалните изблици на грешки, а друга причина се крие в по-сложно явление, включващо едновременни грешки в област от около 30 кюбита. Досега са регистрирани само 6 такива събития, така че е трудно те да бъдат изследвани и Google подчертава, че тези събития са толкова редки, че е трудно да се съберат достатъчно статистически данни, за да бъдат анализирани.

Освен, че подобрява стабилността, увеличаването на размера на кода за коригиране на грешки може значително да засили ефекта от бъдещи хардуерни подобрения. Например, Google изчислява, че подобряването на хардуерната производителност на кюбита с два пъти при разстояние на кода на Хаминг d-15 ще намали логическите грешки на кюбита 250 пъти. При разстояние d-27 същото подобрение ще намали грешките повече от 10 000 пъти.

В същото време пълното отстраняване на грешките е невъзможно.

„Важно е да се осъзнае, че винаги ще има определено ниво на грешка, но то може да бъде намалено до степен, в която става почти незначително.“

казват от компанията

Въпреки необходимостта от допълнителни изследвания за увеличаване на живота на логическите кюбити и мащабиране на системата, екипът на Google е уверен в постигането на целите си, а експоненциалните подобрения потвърждават жизнеспособността на технологията. Резултатите проправят пътя към изграждането на квантови системи, които са полезни в практиката. До края на десетилетието Google планира да изгради пълноценен квантов компютър, устойчив на грешки и да започне да предоставя квантови изчисления чрез облак.