Ученые совершили прорыв в измерении ошибок квантовых компьютеров
Квантовые компьютеры, в отличие от своих классических аналогов, подвержены особенным ошибкам. Традиционно ученые использовали классические компьютеры для моделирования квантовых систем и выявления этих ошибок. Однако по мере того, как квантовые компьютеры становятся все более сложными, их моделирование на классических машинах занимает все больше времени, достигая нескольких лет и более.
Новый метод, подробно описанный в статье исследователей из Калифорнийского технологического института в журнале Nature, устраняет необходимость в полном моделировании. Команда использовала упрощенный тип квантового компьютера, называемый квантовым симулятором. В симуляторе используются атомы Ридберга, которыми манипулируют с помощью лазеров, чтобы добиться запутанности — важнейшего свойства квантовых компьютеров. Запутанность позволяет атомам соединяться, несмотря на физическое разделение, создавая сложную систему. Считается, что эта сложность является источником способности квантовых компьютеров решать конкретные задачи гораздо быстрее, чем классические машины. Однако моделирование квантовых систем со слишком большим количеством запутанных атомов (кубитов) становится непрактичным для классических компьютеров. «После 30 кубитов все выходит из-под контроля», — объясняет один из авторов статьи. «Чем больше кубитов и запутанности, тем сложнее вычисления».
Их 60-кубитный квантовый симулятор выходит за рамки классического моделирования. Чтобы решить эту проблему, ученые разработали новый подход, используя классические компьютерные симуляции с различными уровнями запутанности. Они сравнили это с рисованием Моны Лизы: квантовый компьютер может рисовать эффективно, но с ошибками, которые размывают изображение. Классические компьютеры, не обладающие достаточной тонкостью, используют большие кисти, не способные передать все детали. Решение? Исследователи провели множество классических симуляций с использованием все более тонких «кистей», а затем оценили идеальную картину на основе этих симуляций. Это позволило им сравнить результаты работы квантового компьютера и оценить его ошибки.
Используя этот метод, исследователи обнаружили, что их 60-кубитный симулятор имеет коэффициент ошибок 91% (точность 9%). Хотя этот показатель может показаться низким, он относительно высок для современных квантовых компьютеров.