Google побудував 72-кубітний квантовий комп'ютер

Компанія Google побудувала квантовий процесор, в якому 72 надпровідникових кубіта об'єднані в почесний масив. Цей процесор використовує ту ж технологію, що і попередній 9-кубітний квантовий комп'ютер, побудований компанією і має низький відсоток помилок при обчисленнях. Нову розробку компанія представила на щорічній зустрічі Американського фізичного співтовариства в Лос-Анджелесі, коротко про неї повідомляється в блозі компанії.

Головна перешкода, що заважає побудувати квантовий комп'ютер з великою кількістю кубітів, - це помилки, які неминуче виникають при обчисленнях, зчитуванні та записі інформації в кубіти через руйнування їх квантового стану. Чим більше кубітів, тим вища ймовірність, що кубіт стане взаємодіяти зі своїм «сусідом», і тим частіше виникають помилки. Якщо говорити більш суворо, час декогеренції (розпаду суперпозиції) системи швидко зменшується при збільшенні числа вхідних компонент.

Тим не менш, вчені вже придумали кілька способів, за допомогою яких можна боротися з цією проблемою, і побудували квантові комп'ютери, до складу яких входить кілька десятків кубітів. Так, протягом минулого року відразу кілька груп повідомили про створення квантових обчислювачів, що складаються з 49 (IBM), 51 (група Михайла Лукіна) і 53 (група Крістофера Монро) кубітів. Більш того, за допомогою побудованих комп'ютерів вчені відкрили нові ефекти, які не можна було розрахувати на класичних комп'ютерах. Таким чином, вчені вже практично досягли квантової переваги.

Водночас, у червні 2016 року група дослідників з Google під керівництвом Джона Мартініса (John Martinis) побудувала квантовий комп'ютер, що складається з дев'яти надпровідникових кубитів (кубітів на основі джозефсонівського переходу), з'єднаних у ланцюжок. Головною особливістю цього комп'ютера була висока надійність: при зчитуванні станів помилки виникали приблизно в одному випадку зі ста, при роботі однокубітного логічного вентиля (single-qubit gate) ймовірність помилки становила приблизно 0,1 відсотка, а для двокубітного вентиля - менше 0,6 відсотка. Це дозволило вченим припустити, що в майбутньому систему можна буде легко масштабувати.

Дійсно, вчора компанія Google повідомила про створення 72-кубітного квантового процесора, побудованого за тією ж схемою, що і його 9-кубітний попередник. У новому комп'ютері кубіти з'єднані не в ланцюжок, а утворюють два квадратних масиви 6 ст.16, розташованих один над одним. Це дозволяє відстежувати і виправляти помилки, що виникають під час обчислень. Поки що компанія не розкриває докладних характеристик побудованого пристрою, проте стверджує, що він дозволяє досягти квантової переваги.

Щоб підтвердити свою заяву, вчені теоретично оцінили, за яких умов побудовану систему не можна буде змоделювати на класичному комп'ютері. Згідно з їх розрахунками, для цього до її складу повинно входити не менше 49 кубітів, «глибина» (circuit depth) повинна перевищувати 40 кубітів, а ймовірність помилки в двокубітному логічному елементі повинна бути не вище 0,5 відсотка. Для побудованого комп'ютера ці вимоги виконуються.

У листопаді минулого року відразу дві групи вчених по-різному реалізували алгоритм, що дозволяє відстежувати і виправляти помилки, що неминуче виникають при квантових обчисленнях, ще раніше про розробку процесора з автоматичним виправленням помилок повідомляла IBM. У грудні фізики з Австралії та Нідерландів запропонували інтегральну схему для квантового комп'ютера, на якій можна легко розмістити кілька тисяч кубітів на основі квантових точок, а в січні експериментально виготовили такі кубіти.