Квантовите компютри може да се появят по-рано от очакваното

Ново изследване на Калифорнийския университет в Ривърсайд бележи важна промяна в проектирането на квантовия хардуер. Вместо да чакат безупречни квантови чипове и вериги, изследователите вече разполагат с доказателства, че съвременната технология може да бъде незабавно интегрирана в по-големи, устойчиви на грешки системи.

Това може да ускори внедряването на квантови компютри, способни да решават сложни проблеми от реалния свят в големи мащаби. Учените показаха, че квантовите компютри могат да бъдат изградени от свързани помежду си по-малки модули и че тези системи могат да работят надеждно дори ако свързаността и хардуерът са несъвършени.

Откритията поставят основите за сглобяване на големи квантови системи от по-малки модули и подчертават решаващия напредък в превръщането на устойчивите на грешки квантови компютри в практически и реално приложими.

Квантовите компютри, които започнаха да оказват влияние върху изследванията в области като химията и криптографията, понастоящем са ограничени по отношение на възможностите си за мащабни изчисления. Основното ограничение е размерът и надеждността на самия квантов хардуер.

Традиционно квантовият напредък се измерва с големия брой кубити - квантовият еквивалент на класическите битове - но без устойчивост на грешките тези допълнителни кубити не гарантират годни за използване резултати. Толерантността към грешки е критично свойство, което дава възможност на системата да открива и коригира грешките автоматично - необходимост, дължаща се на присъщата на квантовите компоненти склонност към грешки.

В това ново изследване към проблема с мащабирането се подхожда чрез симулиране на реалистични квантови архитектури, съставени от много по-малки модули, всеки от които е проектиран да работи като част от единно цяло. Под ръководството на Мохамед А. Шалби, докторант в катедрата по физика и астрономия на Калифорнийския университет в Ривърсайд, екипът използва хиляди симулации, за да тества шест различни модулни дизайна. Техните модели включват практически параметри, като черпят вдъхновение от съществуващата квантова инфраструктура на Google и използват инструменти за симулация, разработени от Google Quantum AI.

Една от основните технически пречки при модулните квантови компютри са зашумените връзки между модулите - проблем, който е особено остър, когато въпросните модули трябва да комуникират в отделни криогенни хладилници. Тези връзки обикновено внасят много повече грешки, отколкото операциите, извършвани в рамките на един модул, което влошава ефективността на техниките за коригиране на грешките и застрашава цялостната надеждност на квантовата система.

Но екипът, ръководен от Калифорнийския университет в Ривърсайд, откри, че дори когато връзките между чиповете са до десет пъти по-шумни от самите отделни чипове, квантовата система все още може да извършва ефективна корекция на грешките, при условие че всеки чип поддържа висока оперативна точност. Това рязко намалява хардуерните изисквания за създаване на мащабируеми квантови системи, което предполага, че квантовите компютри не трябва да чакат едно перфектно инженерство, за да разширят възможностите си.