Google (GOOGL.US) досяг значного прориву в квантових обчисленнях: помилка на ключових етапах зменшена приблизно у 40 разів, що є кроком до практичного застосування

Відомо, що додаток Zhìtōng Caijing APP повідомляє: Google, дочірня компанія Alphabet (GOOGL.US), заявила, що продемонструвала нову технологію, яка може знизити рівень помилок одного ключового етапу квантових обчислень приблизно у 40 разів. Це відзначає прогрес у створенні достатньо потужних, надійних машин, здатних вирішувати задачі, недоступні для традиційних комп’ютерів.

Дослідники Emma Rosenfeld та Craig Gidney повідомили у блозі Google Quantum AI, що результати дослідження, опублікованого у науковому журналі «Science» 15 жовтня, показують, що процес, який називається “вирощування чарівних станів” (magic state cultivation), може працювати на квантовому процесорі Google Willow. Ця технологія досягає рекордної точності у 99,99% на спеціалізованих квантових станах, необхідних для виконання деяких складних обчислень.

Цей прогрес вирішує одну з основних перешкод для комерційних квантових обчислень: величезну кількість апаратного забезпечення, необхідного для попередження помилок. Квантові комп’ютери використовують кубіти, чий спосіб опису та обробки інформації неможливий для звичайних комп’ютерних бітів. Але кубіти надзвичайно чутливі до впливів, і без масштабних процедур виправлення помилок надійні обчислення майже неможливі.

Чому “чарівний стан” є ключовим

Одна з найбільш затратних частин виправлення помилок включає підготовку так званих “чарівних станів”. Це спеціально підготовлені квантові стани, які дозволяють здійснювати операції, необхідні для повнофункціонального квантового комп’ютера. На відміну від традиційних обчислювальних ресурсів, чарівні стани витрачаються під час використання і повинні постійно поповнюватись.

Google зазначає, що попередні оцінки показують: підготовка цих станів може споживати до 95% потужності квантового комп’ютера, залишаючи лише невелику частину для корисних обчислень. Зменшення цього навантаження може значно зменшити і здешевити майбутні квантові комп’ютери.

Технологія вирощування Google вирішує цю проблему, стартуючи з недосконалого квантового стану і багаторазово перевіряючи його на наявність помилок. Спроби, які не проходять перевірку, відкидаються, тому система генерує стан із набагато вищою надійністю. На процесорі Google Willow цей метод знизив кількість помилок приблизно у 40 разів порівняно з невирощеними квантовими станами.

Інженерні виклики та прориви

Дослідження також вимагало подолання проблем із вимірюванням квантових помилок. Команда виявила, що електричні флуктуації і зміни температури спотворювали методи тестування, породжуючи результати, які спочатку здавалися несумісними з усталеною фізикою. Дослідники згодом модифікували апаратне управління і розробили новий метод вимірювання точності технології.

Іншою досягнутою метою було перенесення покращених квантових станів між двома різними системами виправлення помилок — кодами кольору (color codes) і поверхневими кодами (surface codes). Обидві ці системи є альтернативними способами захисту квантової інформації від помилок. Доказ того, що ці стани можуть виживати після перенесення, свідчить, що технологія вирощування може зрештою бути інтегрована у більш великі системи квантових обчислень.

Для інвесторів Alphabet ці відкриття означають прогрес у подоланні технічних і економічних бар’єрів до комерційних квантових обчислень. Ефективніше виправлення помилок може зрештою зменшити кількість фізичних кубітів, необхідних для корисних обчислень, що може знизити вартість і складність створення комерційно життєздатних машин. Квантові комп’ютери зрештою можуть знайти використання у матеріалознавстві, хімії та інших областях, де традиційні комп’ютери не здатні ефективно знайти рішення складних задач.

Однак ці результати не означають, що Google вже розробив комерційно придатний квантовий комп’ютер. Компанія визнає, що технологія ще потребує перевірки у більших масштабах, і залишається багато ключових інженерних викликів. Покращення у 40 разів стосується саме підготовки чарівних станів, а не загальної продуктивності чи рівня помилок всього процесора.

Дослідження укріпило позиції Google у гонці за розробкою квантових комп’ютерів із виправленням помилок. Це означає машини, здатні виконувати тривалі складні обчислення, незважаючи на помилки базового апаратного забезпечення.

Хоча це досягнення може зрештою покращити економіку квантових обчислень, Google поки що не надала графік комерціалізації і не визначила будь-якого потенційного впливу на прибутки. Для інвесторів пряме значення полягає в технологічному прогресі, а не у негайному внеску до прибутків Alphabet.