За пръв път в квантов компютър е заработила система за корекция на грешките

Учени за пръв път се реализирали на практика алгоритъм за квантова корекция на грешки, която може да улавя неудачи в работата на квантовия компютър и да ги поправя. В хода на проверката системата е успяла да поправи от 80% до 96,5% от грешките. Резултатите от това изследване са публикувани в списанието Nature.

“Разработването на пълноценен квантов процесор е една от най-важните и сложни задачи, стояща пред учените от целия свят. Ние за пръв път реализирахме на практика протокол, с помощта на който може едновременно да се откриват и поправят грешки, свързани със загубата на кюбити, тоест квантовите клетки на памет. Това е изключително важно за създаването на големи квантови компютри“ – разказва един от изследователите, доцентът от Университета в Болоня Давид Водола.

Квантови компютри се наричат изчислителни устройства, които в своята работа използват принципите на квантовата механика. Те се състоят от така наречените кюбити, тоест клетките, съдържащи квантова информация и са примитивни изчислителни модули, които за разлика от класическия бит, могат да бъдат освен в състояние на единица и нула и в така наречената суперпозиция.

Като правило, кюбитите могат да се намират в подобно състояние много кратко време, тъй като взаимодействията им с обектите на обкръжаващата ги среда могат да разрушат квантовото им състояние, в което те се намират и да прекъснат връзките, които ги обединяват със съседните кюбити. Физиците и инженерите вече от доста години се опитват да „удължат живота“ на кюбитите, изолирайки ги от околната среда по различни начини.

Но този проблем може да реши и по друг начин. За тази цел трябва да се създаде система, която може да коригира грешките, възникващи в работата на кюбитите без човешка намеса. За последните десет години физиците и програмистите създадоха няколко подхода за решаването на този проблем. Но засега те не могат да се използват, тъй като за тяхната работа е нужно да са свързани стотици и даже хиляди кюбити един с друг.

Крачка в квантовото бъдеще

Водола и неговите колеги за пръв път са реализирали тази идея на практика. Те са разработили нов теоретичен подход за създаването на така наречените логически „кюбити“, тоест „виртуални“ клетки на квантова памет, които представляват обединение от няколко реални физически кюбита.

Благодарение на квантовото състояние, което се съхранява в логическия кюбит, то може да се разпредели по такъв начин, че ако един кюбит излезе от строя, то информацията да не се загуби напълно. Има множество способи за създаване на логически кюбити, които позволяват да се улавят грешките и те да бъдат коригирани. Но всички те са много сложни за реализация на съвременните квантови компютри.

В новата си работа екипът на Водола значително е опростил конструкцията на логическия кюбит. Учените са предположили, че загубата на кюбити може да се определи с помощта на допълнителни клетки от памет и особена методика на прочитане на данните от основните кюбити, която минимално да влияе на тяхното квантово състояние. Това е позволило на учените да кодират логически кюбит, използвайки само четири клетки от физическата памет.

Базирайки се на тези теоретични разработки, физиците са проверили своите идеи на йонен квантов компютър , разработен от учени от Университета в Инсбрук. Свързвайки между себе си пет физически кюбита, физиците са нарушили състоянието на единия от тях и се опитали да възстановят данните с помощта на разработения от тях протокол.

Тези опити показали, че алгоритмът е открил и поправил 96,5% от грешките в работата на единичен логически кюбит. При по-сложни изчисления и манипулации с кюбити, алгоритъмът, разработен от екипа на Водола, е поправил 80% от грешките и е получил коректен резултат.

„Ние сме доволни от резултатите на теста. По принцип нищо не пречи този алгоритъм да се реализира в квантови компютри с друга архитектура, които сега се разработват от различни университети и частни компании“. – резюмира Видола.