Наукпоп

23 січня, 07:03

НВ Преміум

Точність понад 99%. Вчені виправили одну з головних проблем, що заважають створенню робочого квантового комп’ютера

Одразу три незалежні команди вчених опублікували результати своїх досліджень, які вказують на можливий прорив у квантових обчисленнях.

Квантовий комп’ютер, як і термоядерна енергія, це щось, про що вчені вже багато років кажуть, що «ще трохи, і все буде», однак це «трохи» все ніяк не настає.

Проте за останні кілька років ситуація справді почала змінюватися на краще — до того ж в обох напрямках. І якщо про термоядерну енергію ми докладно розповідали в цьому матеріалі, то тепер настав час поговорити про квантові обчислення.

Передплатіть, щоб прочитати повністю

Нам необхідна ваша підтримка, щоб займатися якісною журналістикою

Передплатити
Перший місяць 1 ₴. Відмовитися від передплати можна у будь-який момент

Якщо стисло пояснити різницю між квантовим комп’ютером і вашим ноутбуком, то її складають кубіти — це мінімальна одиниця інформації в квантових комп’ютерах. У вашому ноутбуці цю роль виконують біти, які існують лише у двох станах — 0 і 1. Кубіти можуть перебувати в суперпозиції — тобто бути відразу в кількох станах одночасно, що дозволяє їм швидше обробляти інформацію і проводити обчислення.

Чим більше кубітів у квантовому комп’ютері, тим більше можливих станів доступні. Один кубіт додає один ступінь до 2. Два кубіти дасть 4 можливі стани (2²); десять кубітів — 1024 (2¹º) тощо.

Квантові комп’ютери мають потенціал повністю змінити наші життя. Дослідники та піонери цієї технології впевнені, що квантові обчислення приведуть нас до великої кількості наукових відкриттів у різних сферах — від медицини та штучного інтелекту до кліматології та вивчення космосу.

Головна проблема квантових комп’ютерів — їх досі зараз немає. Авеж, є деякі прототипи, які можуть проводити певні обчислення набагато швидше, ніж звичайні комп’ютери, дозволяючи розробникам розповідати про досягнення квантової переваги. Однак насправді це лише невеликий тизер, причому замість дати виходу ми можемо отримати лише «незабаром».

Минулого року одним із головних наукових відкриттів став кристал часу — нова форма матерії, яка відкриває вікно можливостей для розробки комерційних квантових комп’ютерів. Докладно про нього ми розповідали у цьому матеріалі.

Головною проблемою, з якою експерти пов’язують неможливість створення комерційних квантових комп’ютерів, вважається схильність цих систем до помилок.

Нещодавно три незалежні команди вчених із різних країн виклали у журналі Nature результати своїх досліджень (раз, два, три), які намагаються розв’язати саме цю проблему. Кожен підхід розв’язує її по-своєму.

Зазвичай до помилок призводить те, що інженери для виключення появи помилок у розрахунках ізолювали кубіти один від одного, що не давало їм нормально взаємодіяти один з одним. Вчені підійшли до розв’язання цієї проблеми по-різному:

  • Команда дослідників з Австралії досягла точності роботи з одним кубітом у 99,95% і точності з двома кубітами в 99,37%. Для цього вони використовували трикубітну систему, що складається з електрона і двох атомів фосфору, які ввели кремній за допомогою іонної імплантації. Електрон у цьому випадку виступає як сполучна ланка, яка допомагає кубітам передавати один одному інформацію;
  • Дослідники з Нідерландів досягли 99,87% точності в роботі одного кубіту та 99,65% у роботі двох кубітів, використовуючи електронні спіни у квантових точках, створених із кремнію та кремній-германієвого сплаву;
  • Той самий підхід використала і команда вчених із Японії, досягнувши результатів у 99,84% для одного кубіту та 99,51% для двох кубітів.
Серван Асаад, Андреа Морелло та Матеуш Мадзік — провідні автори статті Університету Нового Південного Уельсу, де вони продемонстрували практично безпомилкові квантові операції. / Фото: Kearon de Clouet / UNSW

Усі три підходи об'єднані одним фактором — кубіти створюються із кремнію. Цей матеріал зараз вважається найперспективнішим для створення повноцінної квантової системи. «Саме це і робить опубліковані результати цікавими. Незважаючи на те, що між трьома підходами існують відмінності, всі вони об'єднані одним фактором: вони працюють із високоякісними кубітами, виробленими кремнієм», — пише у своїй статті для видання Ars Technica Джон Тіммер.

Його головною проблемою є висока схильність до помилок; Тепер є явна кореляція — що більше кубітів використовує система, то більше помилок у роботі можна виявити під час перевірки.

Важливо розуміти, що комерційний квантовий комп’ютер використовуватиме набагато більше кубітів, ніж один або два. Нові дослідження спрямовані виключно на розв’язання цієї проблеми — вчені хочуть створити нові способи обробки операцій із кремнієвими кубітами, щоб потім масштабувати найкращий підхід і створити на його основі повноцінний квантовий комп’ютер.

Що додає розробці вчених з Австралії ще більшої інтриги — так це те, що їхня технологія цілком сумісна з сучасними комп’ютерами, оскільки їхній підхід вже використовують для виготовлення традиційних комп’ютерних кремнієвих чипів. Їхнє відкриття дає можливість не тільки зберігати квантову інформацію протягом тривалого часу, а й масштабувати цю технологію у разі успішних подальших досліджень.

Другие новости

Всі новини