Квантов чип за пръв път намали грешките, като добави още кубити

Квантовите компютри отдавна имат един и същ проблем: колкото повече кубити (квантовите им градивни единици) добавиш, толкова повече грешки натрупваш. На 9 декември 2024 г. изследователи от Google Quantum AI съобщиха в рецензираното списание Nature, че са преобърнали тази зависимост. С чипа си от 105 кубита, наречен Willow, те показаха, че добавянето на повече кубити може да намали грешките, а не да ги умножи.

Това е праг, който теоретиците предсказаха преди почти 30 години, но никой не беше преминавал на практика. Оттук нататък пътят към квантов компютър, който греши достатъчно рядко, за да върши полезна работа, поне на теория е отворен.

За пръв път добавянето на повече кубити намали, вместо да увеличи грешките: квантов чип премина прага, предсказан преди близо 30 години.

Защо кубитите грешат и какво значи праг

Обикновеният компютър пази информация в битове, всеки от които е или 0, или 1. Кубитът може да бъде 0, 1 или смесица от двете едновременно. Това му дава огромна изчислителна сила, но го прави и крехък: най-лекото трепване от топлина или излъчване разваля състоянието му.

Затова няколко физически кубита пазят заедно една „логическа“ единица информация, така както преписваш важен телефонен номер на няколко листчета, за да не го изгубиш, ако едно се загуби. Има обаче уловка: ако самите кубити грешат прекалено често, добавянето на още просто внася повече грешки, отколкото поправя. Границата, под която повече кубити помагат, а не пречат, се нарича праг.

Какво показа Willow

Екипът подреди кубитите в решетки с нарастващ размер: 3 на 3, после 5 на 5, после 7 на 7. При всяка стъпка честотата на грешките в логическия кубит спадаше приблизително наполовина. За пръв път по-голямата система беше по-точна от по-малката, тоест чипът работеше под прага.

Отделно Google съобщи, че Willow е свършил тестова задача (така нареченото случайно семплиране на вериги) за под пет минути, задача, която според изчисленията на компанията би отнела на водещ суперкомпютър около 10 септилиона години. Двата резултата са различни: първият е научният пробив, вторият е показна демонстрация без пряка практическа полза.

Какво още не знаем

До полезен квантов компютър остава много. Резултатът е за квантова памет, не за сложни изчисления, а постигнатата честота на грешки все още е далеч от нужната за големи алгоритми. Willow доказва, че посоката е правилна, не че целта е достигната.