Исследователи из Калифорнийского технологического института сокращают потребность в кубитах, ускоряя путь к созданию отказоустойчивых квантовых компьютеров.
Ученые из Калифорнийского технологического института и стартапа Oratomic разработали метод, позволяющий значительно сократить количество кубитов, необходимых для отказоустойчивых квантовых вычислений, что потенциально ускорит появление практических машин.
Команда исследователей утверждает, что полнофункциональный квантовый компьютер может работать всего с 10 000–20 000 кубитами, что значительно меньше миллионов, которые, как считалось ранее, были необходимы.
Этот прогресс обусловлен новой архитектурой квантовой коррекции ошибок, которая уменьшает количество избыточных кубитов, необходимых для исправления ошибок, что является одной из самых больших проблем при создании надежных квантовых систем.
Квантовые компьютеры основаны на кубитах, которые очень чувствительны и подвержены ошибкам. Существующие методы часто требуют около 1000 физических кубитов для создания одного логического кубита, что затрудняет создание крупномасштабных систем.
Меньше кубитов, более быстрое будущее
Исследователи решили эту проблему, используя системы нейтральных атомов, где атомы выступают в роли кубитов и располагаются с помощью лазерных лучей, известных как оптические пинцеты. В отличие от других платформ, эти атомы можно перемещать и соединять на больших расстояниях.
«В отличие от других платформ квантовых вычислений, кубиты из нейтральных атомов могут быть напрямую соединены на больших расстояниях», — сказал Мануэль Эндрес.
«Оптические пинцеты позволяют переместить один атом на другой конец массива и напрямую запутать его с другим атомом».
Такая гибкость позволяет создавать высокоскоростные коды коррекции ошибок, где каждый физический кубит может поддерживать несколько логических кубитов. В результате один логический кубит может быть построен с использованием всего пяти физических кубитов.
«На самом деле, очень удивительно, насколько хорошо это работает. Это то, что мы называем сверхэффективной коррекцией ошибок», — сказал Эндрес.
Данный подход основан на стремительном прогрессе в области систем нейтральных атомов, включая массивы, содержащие более 6000 кубитов, уже продемонстрированные в лабораторных условиях.
Риски шифрования приближаются
Полученные результаты могут иметь серьезные последствия для цифровой безопасности. Более эффективные квантовые компьютеры смогут взламывать широко используемые методы шифрования, такие как RSA и криптография на эллиптических кривых, гораздо быстрее, чем ожидалось.
Эти системы могли бы запускать алгоритм Шора, разработанный Питером Шором, который позволяет разлагать большие числа на множители экспоненциально быстрее, чем классические компьютеры.
«На протяжении десятилетий количество кубитов считалось главным препятствием на пути к отказоустойчивым квантовым вычислениям. Я надеюсь, что наша работа поможет изменить эту точку зрения», — заявили представители компании People.
«Я работаю над отказоустойчивыми квантовыми вычислениями дольше, чем живут на свете некоторые из моих соавторов», — сказал Джон Прескилл. «И вот, наконец, мы приблизились к цели».
Хотя результаты носят теоретический характер, исследователи говорят, что прогресс в системах нейтральных атомов позволяет предположить, что практические квантовые компьютеры могут появиться раньше, чем ожидалось.
«Теперь пришло время строить машины», — сказал Долев Блувштейн.
Результаты исследования были опубликованы в журнале Nature.
Sourse: interestingengineering.com
