В ньому дослідники змогли об'єднати кубіти так, щоб рівень помилок зменшувався зі збільшенням кількості кубітів – тобто розв'язали основну проблему, що стримувала поступ цього напряму.
Компанія Google презентувала новий комп'ютерний чіп. У статті, опублікованій у журналі Nature, компанія повідомила, що розв'язала головну проблему минулих 30 років: дослідники змогли об'єднати кубіти, будівельні блоки квантового чипа, так, щоб рівень помилок зменшувався зі збільшенням кількості кубітів, виправляти помилки можна в режимі реального часу, що є ключовим кроком до того, щоб зробити квантові машини практичними.
Квантова корекція помилок забезпечує шлях до практичних квантових обчислень шляхом об'єднання декількох фізичних кубітів у логічний кубіт, де рівень логічних помилок блокується експоненціально з додаванням більшої кількості кубітів. Однак реалізувати подібну систему на практиці неймовірно складно – згадане експоненціальне блокування відбувається лише тоді, коли фізична частота помилок є нижчою за критичний поріг. Додаткові кубіти, необхідні для корекції, самі собою можуть стати джерелом помилок, створюючи замкнене коло: намагаються виправити помилки, додаючи нові, які, своєю чергою, потребують виправлення.
Донедавна вважалося, що досягнення так званого «порога» – ситуації, коли система коригує більше помилок, ніж створює, – практично неможливе. І ось команда Google Quantum AI під керівництвом Гартмута Невена заявила про прорив: в новому чіпі вдалося перейти цей поріг, результати демонструють продуктивність, яка, в разі масштабування, дозволить реалізувати операційні вимоги великомасштабних відмовостійких квантових алгоритмів.
Willow – це не просто черговий прототип. Він побудований на архітектурі надпровідних кубітів і здатний виконувати корекцію помилок, використовуючи так званий поверхневий код. Під час експериментів, що тривали протягом кількох годин, система демонструвала стабільну роботу, декодуючи помилки в реальному часі. Ба більше, вчені показали, що зі збільшенням розміру поверхневого коду (фактично, зі збільшенням кількості кубітів, задіяних у корекції) частота логічних помилок експоненціально зменшується.
Це означає, що принаймні в рамках експерименту Willow дійсно виправляє більше помилок, ніж створює. Тому досягнення порога корекції – це не просто технічний тріумф, а принципово важливий крок на шляху до створення повноцінних, відмовостійких квантових комп'ютерів.
У Google заявили, що Willow вирішив стандартний бенчмарк-тест менш ніж за 5 хвилин. Провідному суперкомп'ютеру поточного покоління для цього знадобилося б 5×10³⁰ хвилин, тобто 10²⁵ років, що в 700 трильйонів разів перевищує вік Всесвіту.
Експерти, однак, зазначають, що поки що Willow – це переважно експериментальний пристрій. До моменту практичного використання квантових комп'ютерів для вирішення реальних завдань ще мине багато років і це потребуватиме величезних витрат.
Але якщо команді Невена дійсно вдасться масштабувати свою технологію, це відкриє двері для запуску складних квантових алгоритмів, здатних розв'язувати завдання, непосильні навіть найпотужнішим суперкомп'ютерам: моделювання нових матеріалів, розробку ліків, злом сучасних систем шифрування та багато іншого.
Звичайно, до практичного застосування квантових комп'ютерів ще далеко. Willow – наразі лише лабораторний зразок, і належить вирішити безліч інженерних і технологічних завдань, перш ніж подібні системи стануть доступними за межами дослідницьких центрів. Однак робота Google Quantum AI дає надію на те, що квантова ера не за горами і поріг помилок, який тривалий час стримував поступ цього напряму, нарешті подолано.
10.12.2024