D‑Wave представила архитектуру квантовых вентилей с встроенной коррекцией ошибок

• D‑Wave перешла к разработке универсальных квантовых компьютеров
• Двухрельсовая архитектура обнаруживает ошибки на уровне кубита
• Двухкубитный вентиль достиг 99,9 % точности за 500 нс
• Уровень логических ошибок может уменьшаться в 10 раз на каждом уровне коррекции

D‑Wave, крупнейший в мире поставщик систем квантового отжига, этим летом объявила о выходе в новую для себя область – универсальные квантовые вычисления. До недавних пор компания концентрировалась на решении задач оптимизации, однако в рамках недавно опубликованного в журнале Nature исследования она представила первый прототип универсального квантового процессора, способного самостоятельно фиксировать ошибки.

Новая архитектура с обнаружением ошибок

Главным новшеством стала разработка квантовых вентилей, в которых используется так называемая двухрельсовая схема кубитов. Каждый кубит распределён между парой связанных резонаторов, что позволяет системе сразу определять, в каком из них возник сбой. Такой физический подход устраняет необходимость в дополнительных схемах и сложных алгоритмах коррекции, делая процесс обнаружения ошибок встроенным в элемент процессора.

Ранее одной из главных проблем была потеря способности к обнаружению ошибок при соединении кубитов в более сложные схемы. В работе D‑Wave показан двухкубитный вентиль, сохраняющий эту возможность даже во время выполнения совместных операций и создания запутанности между кубитами.

Экспериментальные результаты

В эксперименте двухрельсовый вентиль продемонстрировал точность (fidelity) около 99,9 % при выполнении двухкубитных операций длительностью 500 нс. Авторы исследования отмечают, что благодаря встроенному обнаружению ошибок уровень логических ошибок может уменьшаться примерно в десять раз при каждом переходе к следующему уровню кода коррекции. Это открывает путь к построению логических кубитов из меньшего количества физических элементов.

Сокращение количества необходимых физических кубитов имеет решающее значение для масштабирования квантовых компьютеров. Традиционно для защиты одного логического кубита требуется десятки‑сотни физических, что резко ограничивает рост систем. Возможность заранее знать, где произошёл сбой, упрощает процесс исправления и потенциально снижает аппаратные требования.

Тем не менее, текущая демонстрация охватывает лишь небольшую систему из двух взаимодействующих кубитов. Полноценный отказоустойчивый процессор, способный выполнять длительные вычисления без накопления ошибок, пока остаётся задачей будущих исследований.

Таким образом, прорыв D‑Wave в области встроенной коррекции ошибок представляет важный шаг вперёд, но путь к практическим универсальным квантовым компьютерам остаётся долгим и требует дальнейшего масштабирования и подтверждения эффективности подхода на более крупных массивах кубитов.

Источник: 3DNews