Точность более 99%. Ученые исправили одну из главных проблем, мешающих созданию рабочего квантового компьютера

Если вкратце объяснить разницу между квантовым компьютером и вашим ноутбуком, то ее составляют кубиты — это минимальная единица информации в квантовых компьютерах. В вашем ноутбуке эту роль выполняют биты, которые существуют только в двух состояниях — 0 и 1. Кубиты могут находиться в суперпозиции — то есть, находиться сразу в нескольких состояниях одновременно, что позволяет им намного быстрее обрабатывать информацию и проводить вычисления.

Чем больше кубитов в квантовом компьютере, тем больше возможных состояний ему доступны. Один кубит добавляет одну степень к 2. Два кубита даст 4 возможных состояния (2²); десять кубитов — 1024 (2¹º) и так далее.

Квантовые компьютеры обладают потенциалом полностью изменить наши жизни. Исследователи и пионеры этой технологии уверены, что квантовые вычисления приведут нас к большому количеству научных открытий в различных сферах — от медицины и искусственного интеллекта до климатологии и изучения космоса.

Главная проблема квантовых компьютеров — их до сих пор сейчас нет. Конечно, существуют некоторые прототипы, которые могут проводить определенные вычисления намного быстрее, чем обычные компьютеры, позволяя разработчикам рассказывать о достижении квантового превосходства. Однако на самом деле это — лишь небольшой тизер, причем вместо даты выхода мы можем получить лишь «скоро».

В прошлом году одним из главных научных открытий стал кристалл времени — новая форма материи, которая открывает окно возможностей для разработки коммерческих квантовых компьютеров. Подробно о нем мы рассказывали в этом материале.

Главной проблемой, с которой эксперты связывают невозможность создания коммерческих квантовых компьютеров, считается подверженность этих систем ошибкам.

Недавно три независимые команды ученых из разных стран выложили в журнале Nature результаты своих исследований (раз, два, три), которые пытаются решить именно эту проблему. Каждый подход решает ее по-своему.

Обычно к ошибкам приводит то, что инженеры для исключения появления ошибок в расчетах, изолировали кубиты друг от друга, что не давало им нормально взаимодействовать друг со другом. Ученые подошли к решению этой проблемы по-разному:

• Команда исследователей из Австралии добились точности работы с одним кубитом в 99,95% и точности с двумя кубитами в 99,37%. Для этого они использовали трехкубитную систему, состоящую из электрона и двух атомов фосфора, которые ввели в кремний с помощью ионной имплантации. Электрон в этом случае выступает в качестве связующего звена, которое помогает кубитам передавать друг другу информацию;
• Исследователи из Нидерландов достигли 99,87% точности в работе одного кубита и 99,65% в работе двух кубитов, используя электронные спины в квантовых точках, созданных из кремния и кремний-германиевого сплава;
• Тот же подход использовала и команда ученых из Японии, получив результаты в 99,84% для одного кубита и 99,51% для двух кубитов.

Все три подхода объединены одним фактором — кубиты создаются из кремния. Этот материал сейчас считается самым перспективным для создания полноценной квантовой системы. «Именно это и делает опубликованные результаты интересными. Несмотря на то, что между тремя подходами существуют различия, все они объединены одним фактором: они работают с высококачественными кубитами, произведенных с помощью кремния», — пишет в своей статье для издания Ars Technica Джон Тиммер.

Его главной проблемой является высокая подверженность ошибкам; сейчас существует явная корреляция — чем больше кубитов использует система, тем больше ошибок в ее работе можно обнаружить при проверке.

Важно понимать, что коммерческий квантовый компьютер будет использовать намного большее количество кубитов, чем один или два. Новые исследования направлены исключительно на решение этой проблемы — ученые хотят создать новые способы обработки операций с кремниевыми кубитами, чтобы затем масштабировать лучший подход и создать на его основе полноценный квантовый компьютер.

Что делает разработку ученых из Австралии еще более интригующим — так это то, что их технология вполне совместима с современными компьютерами, поскольку их подход уже используется для изготовления традиционных кремниевых компьютерных чипов. Их открытие не только позволяет хранить квантовую информацию в течение длительного времени, но и масштабировать эту технологию в случае успешных дальнейших исследований.