Amazon представила первый чип для квантовых вычислений, который снижает затраты на исправление ошибок на 90%. Используя сверхпроводящую квантовую схему, исследователи реализовали логическую кубитную память, сформированную из объединения закодированных бозонных cat qubit. Чип под названием Ocelot разработан командой Центра квантовых вычислений AWS при Калифорнийском технологическом институте.
Amazon утверждает, что Ocelot представляет собой прорыв в стремлении к созданию отказоустойчивых квантовых компьютеров, способных решать задачи коммерческого и научного значения, которые недоступны современным обычным компьютерам. Команда использовала новую архитектуру Ocelot, создав систему коррекции ошибок с нуля и используя "cat qubit". Как указывает Amazon, cat qubit, названные в честь знаменитого мысленного эксперимента Шредингера с кошками, по своей сути подавляют определенные формы ошибок, сокращая ресурсы, необходимые для квантовой коррекции ошибок.
Компания сообщила, что исследователи AWS впервые объединили технологию cat qubit и дополнительные компоненты квантовой коррекции ошибок в микрочипе, который может быть масштабируемо изготовлен с использованием процессов, заимствованных из индустрии микроэлектроники. “С учетом последних достижений в области квантовых исследований вопрос уже не в том, появятся ли квантовые компьютеры, а в том, когда практические отказоустойчивые квантовые компьютеры будут доступны для реальных приложений. Ocelot - важный шаг на этом пути”, - сказал Оскар Пейнтер, директор AWS по квантовому оборудованию. “В будущем квантовые чипы, построенные в соответствии с архитектурой Ocelot, могут стоить всего в пять раз дешевле, чем существующие подходы, из-за резкого сокращения количества ресурсов, необходимых для исправления ошибок. В частности, мы считаем, что это ускорит переход к созданию практичного квантового компьютера на срок до пяти лет”, - добавил он.
Результаты исследований, опубликованные в журнале Nature, показывают, что, используя сверхпроводящую квантовую схему, ученые реализовали логическую кубитную память, сформированную из объединения закодированных бозонных cat qubit с внешним кодом повторения на расстоянии d = 5. Стабилизирующая схема пассивно защищает cat qubit от сдвигов битов. Код повторения, использующий вспомогательные передачи для измерения синдрома, корректирует сдвиги фазы cat qubit. “Мы изучили производительность и масштабирование логической кубитной памяти и обнаружили, что код повторения с коррекцией сдвига фазы работает ниже порогового значения. Логическая ошибка переключения битов устраняется с увеличением среднего числа фотонов в cat qubit, что стало возможным благодаря нашей реализации CX-вентиля cat-transmon, смещенного на шум”, - заявили ученые в своем исследовании. Они обнаружили, что одна из самых больших проблем, связанных с квантовыми компьютерами, заключается в том, что они невероятно чувствительны к малейшим изменениям или "шуму" в окружающей среде. Вибрации, нагрев, электромагнитные помехи от сотовых телефонов и сетей Wi-Fi или даже космические лучи и радиация из космоса - все это может вывести кубиты из их квантового состояния, вызывая ошибки в выполняемых квантовых вычислениях, говорится в пресс-релизе компании Amazon. Исследователи подчеркнули, что из-за таких проблем исторически было чрезвычайно сложно создавать квантовые компьютеры, способные выполнять надежные, безошибочные вычисления любой сложности. “Самая большая проблема заключается не только в создании большего количества кубитов, но и в обеспечении их надежной работы”, - сказал Оскар Пейнтер, директор AWS по квантовому оборудованию.
Исследователи обнаружили, что для решения этой проблемы квантовые компьютеры полагаются на квантовую коррекцию ошибок, которая использует специальные кодировки квантовой информации в нескольких кубитах — в форме "логических" кубитов — для защиты квантовой информации от окружающей среды. Это также позволяет обнаруживать и исправлять ошибки по мере их возникновения.
К сожалению, учитывая огромное количество кубитов, необходимых для получения точных результатов, современные подходы к квантовой коррекции ошибок требуют огромных и, следовательно, непомерно высоких затрат, говорится в пресс-релизе Amazon.
