Квантовые компьютеры становятся все мощнее, но их слабое место — ошибки, возникающие в процессе вычислений. Ученые нашли способ сократить число таких оплошностей, вдохновившись знаменитым мысленным экспериментом с котом Шредингера. Они используют особые «кошачьи кубиты», которые помогают сделать квантовые расчеты более достоверными и требуют меньше дополнительных компонентов.
Классические компьютеры хранят информацию в виде нулей и единиц, но квантовые кубиты могут находиться в суперпозиции сразу двух состояний. Именно они позволяют компьютерам считать качественнее и быстрее, но вместе с тем делают их уязвимее к внешним помехам. Чтобы исправить ошибки, обычно требуется много дополнительных кубитов, что усложняет всю систему. Новый метод, предложенный исследователями, использует «кошачьи кубиты», которые сами по себе менее подвержены ошибкам.
Такие кубиты названы так потому, что ведут себя как знаменитый кот Шредингера, который в эксперименте одновременно и жив, и мертв. Мысленный опыт, предложенный австрийским физиком Эрвином Шредингером в 1935 году, чтобы проиллюстрировать парадокс квантовой механики и проблему интерпретации состояния квантовых объектов сегодня обрел особенную известность.
В этом эксперименте кот помещается в закрытую коробку вместе с радиоактивным атомом, который с вероятностью 50% распадется в течение часа, и механизмом, который убивает животное в случае запуска реакции. Согласно принципам квантовой механики, пока бокс закрыт, кот находится в суперпозиции состояний — одновременно жив и мертв — до тех пор, пока не будет произведено измерение, которое «разрушит» эту суперпозицию и определит состояние кота. Этот эксперимент подчеркивает странные и контринтуитивные аспекты квантовой реальности.
Проводя аналогию, кубиты сохраняют одно из состояний дольше, а другой тип ошибок компенсируется специальными алгоритмами. Такое их свойство позволяет сильно сократить количество вспомогательных элементов, призванных скорректировать неисправности.
В недавнем эксперименте ученые смогли снизить частоту ошибок на 1,65% вместо стандартных 1,75%. Это кажется небольшим улучшением, но в квантовых вычислениях даже такие малые изменения значимы. Использование этих кубитов может помочь создать более устойчивые квантовые системы, которые в будущем смогут решать сложные задачи в миллионы раз быстрее, чем любые современные компьютеры.
Метод пока требует доработок, но уже видится многими как перспективный. Исследователи надеются, что со временем на базе этой технологии они смогут создать самые мощные и надежные квантовые компьютеры и совершить революцию в науке, медицине и искусственном интеллекте.
Ранее мы писали о том, как ученые открыли новое квантовое состояние материи.
