Вы почти можете услышать затаенное дыхание из отделов новостей по всему миру. Журналисты-специалисты по науке спрятались в ванной, чтобы тихо поплакать. Причина такого отчаяния? Кто-то выпустил статью, содержащую слово «топология» — что-то, что никто не знает, как объяснить, что заставляет людей прибегать к метафорам о том, что пончики вынуждены стать кофейными чашками, несмотря на то, что в продаже нет ни кофе, ни пончиков.
И хотя топология фундаментальна для новых результатов, она также не имеет отношения к их объяснению (во всяком случае, на мой взгляд). Так что же это за результаты?
Одна из больших проблем с квантовыми компьютерами заключается в том, что они накапливают ошибки, и скорость, с которой это происходит, ограничивает сложность задач, которые они могут решить. В этой новой статье показано, как уменьшить количество ошибок не с помощью инженерии, а путем понимания (и использования) правильных квантовых состояний и их связи для создания системы, которая естественным образом более невосприимчива к определенным типам шума. Так что берите кофе с пончиком и давайте погрузимся в шумный мир кубитов.
Подростковые кубиты никогда не глушат шум
Исследователи работали с квантовым компьютером на основе 10 захваченных ионов. Каждый ион представляет собой один кубит (квантовый эквивалент одного бита), где значения единицы и нуля определяются квантовым состоянием иона. Квантовое состояние каждого иона можно изменить, применяя к ним магнитные поля и сияющие лазеры.
В отличие от цифровой системы, где бит можно с уверенностью переключить с единицы на ноль, квантовый компьютер работает в аналоговом мире. Эквивалент переворота бита в мире квантовых вычислений означает инвертирование вероятности того, что бит будет измерен как единица или ноль. Например, если вероятность того, что кубит равен единице, составляет 75 %, то изменение бита изменит ее до 25 %.
Кроме того, в отличие от цифровой системы, этот процесс несколько подвержен ошибкам. Чтобы выполнить операцию переворота бита над кубитом, к кубиту необходимо приложить определенное количество энергии. Это может быть сделано с помощью лазера, который светит в течение определенного времени с определенной мощностью. Но лазеры не идеальны, поэтому ни одна операция не проходит точно по плану. Перевернутый кубит, как и Уэстли, только в основном перевернутый. После нескольких несовершенных переворотов битов состояние кубита будет совершенно случайным и непригодным для использования.
Более коварная форма ошибки называется «когерентной ошибкой», при которой изменения в состоянии одного кубита влияют на кубиты, с которыми связан первый. Но вам нужна эта связь для выполнения вычислений, что создает некоторую затруднительную ситуацию.
Как мы уже говорили, у кубита есть состояние. Но в квантовом мире это состояние меняется со временем. Это изменение должно следовать предсказуемой схеме, чтобы вычислительные операции можно было точно рассчитать по времени. Чем дольше предсказуемо изменяется состояние, тем более согласованной является система. При когерентных ошибках соседние кубиты притягивают друг друга, поэтому они по-прежнему изменяются неслучайным образом (и, следовательно, они по-прежнему когерентны), но это притяжение заставляет изменение происходить с другой скоростью. Это означает, что вычислительные операции будут синхронизированы неправильно. Вы можете думать об этом как о систематической ошибке, но она различна для каждого вычисления.
В этой новой статье реализована схема, использующая последовательность Фибоначчи в сочетании с когерентной связью между кубитами для замедления накопления когерентных ошибок.
