Крок у майбутнє: програмований процесор із 48 логічними кубитами

Гарвард, QuEra, MIT та NIST/Університет Меріленду вводять нову еру квантових обчислень, виконавши складні квантові алгоритми на 48 логічних кубітах із виправленням помилок.

Провідний розробник квантових комп’ютерів з використанням нейтральних атомів – Компанія QuEra Computing, оголосила про досягнутий значний прогрес у дослідженнях, про результати яких було опубліковано у науковому журналі Nature. В рамках експериментів, проведених Гарвардським університетом у тісній співпраці з QuEra Computing, MIT та NIST/UMD, дослідники успішно реалізували масштабні алгоритми на квантовому комп’ютері з 48 логічними кубитами та сотнями взаємопов’язаних логічних операцій. Цей значний прорив у галузі квантових обчислень започаткував розробку дійсно масштабованих і стійких до помилок квантових комп’ютерів, здатних вирішувати раніше не розв’язані практичні завдання класичного характеру.

Придушення помилок є ключовим завданням для створення ефективних квантових обчислень, що вимагають використання квантової корекції помилок при обробці в масштабах. Однак надлишок у реалізації "логічних" кубітів з корекцією помилок, де інформація кодується через безліч фізичних кубитів для забезпечення надійності, створює для вчених та дослідників значні труднощі у створенні масштабованих квантових обчислень.

Попередні демонстрації виправлення помилок виявляли один, два чи три логічні кубити. Ця нова робота показує квантову корекцію помилок у 48 логічних кубітах, підвищуючи обчислювальну стабільність і надійність та одночасно вирішуючи проблему помилок.

Завдяки управлінню на логічному рівні та використанню зонованої архітектури в програмованих масивах нейтральних атомів, дослідники об’єднали високі достовірності двокубітних воріт, довільне з’єднання, а також повністю програмовані обертання одиночних кубітів і зчитування в середині ланцюжка. У роботі з цим логічним процесором з різними видами кодування, вони продемонстрували поліпшення двокубітних логічних воріт шляхом збільшення відстані поверхневого коду, підготовку кубитів коду кольору з достовірністю без втрат, безвідмовне створення логічних станів GHZ і телепортацію взаємопов’язаного заплутування, а також роботу 40 кубітів колірного коду. Використовуючи тривимірні кодові блоки, вони реалізували обчислювально складні схеми вибірки з 48 логічними кубитами, пов’язаними з гіперкубічним з’єднанням з 228 логічними двокубітними воротами і 48 логічними воротами CCZ.

Дослідники з’ясували, що це логічне кодування істотно покращує алгоритмічну продуктивність з виявленням помилок, перевершуючи достовірність фізичних кубітів як на крос-ентропійному бенчмарку, так і в квантових симуляціях швидкого переплутування. Ці результати знаменують початок епохи ранніх виправлених помилок квантових обчислень і вказують шлях створення масштабних логічних процесорів.

Досягнення відмовостійких 48 логічних кубітів стає важливим моментом у галузі квантових обчислень. Отриманий результат не лише прискорює впровадження практичних квантових застосунків, а й розкриває нові можливості у вирішенні проблем, які раніше вважалися нерозв’язними з використанням традиційних методів обчислень. Це змінює правила гри і значно підвищує комерційну значимість квантових обчислень. Дослідники вважають, що підприємствам та представникам бізнесу різних секторів слід звернути увагу на проведене дослідження, оскільки перегони за квантовими перевагами тепер набули суттєвого розвитку.

Якщо наступні експерименти будуть такими ж успішними, ми незабаром можемо отримати масштабовані, відмовостійкі квантові обчислення, які можуть вирішити деякі з найскладніших світових проблем.

Майбутнє квантових технологій вже тут!