Компания Google представила квантовый процессор, в котором 72 сверхпроводниковых кубита объединены в двумерный массив. Этот новый процессор основан на той же технологии, что и предыдущий 9-кубитный квантовый компьютер, отличающийся высоким уровнем надежности и низким процентом ошибок при вычислениях. О разработке сообщается в блоге компании в рамках ежегодной встречи Американского физического сообщества в Лос-Анджелесе.
Главным препятствием на пути к созданию квантового компьютера с большим количеством кубитов остаются ошибки, которые неизбежно возникают при вычислениях, считывании и записи информации в кубиты, где разрушается квантовое состояние. Увеличение количества кубитов повышает вероятность их взаимодействия, что, в свою очередь, ведет к возникновению ошибок. С точки зрения физики, время декогеренции (распад суперпозиции) системы быстро уменьшается с ростом числа компонентов.
Тем не менее, исследователи разработали несколько подходов для борьбы с этой проблемой и уже создали квантовые компьютеры со значительным числом кубитов. В течение прошлого года несколько групп сообщили о создании квантовых вычислителей с 49 (IBM), 51 (группа Михаила Лукина) и 53 (группа Кристофера Монро) кубитами. Кроме того, с помощью этих компьютеров ученые открыли новые эффекты, которые невозможно было смоделировать на классических устройствах. Таким образом, наука практически достигла квантового превосходства.
В июне 2016 года команда исследователей из Google, возглавляемая Джоном Мартинисом, создала квантовый компьютер из девяти сверхпроводниковых кубитов, соединенных в цепочку. Его отличительной чертой была высокая надежность: при считывании состояний ошибки возникали примерно в одном случае из ста, а вероятность ошибки при работе однокубитного логического вентиля (single-qubit gate) составляла около 0,1 процента, для двухкубитного вентиля — менее 0,6 процента. Это дало возможность предположить, что систему можно будет легко масштабировать.
На днях Google сообщила о создании 72-кубитного квантового процессора, основанного на той же архитектуре, что и его 9-кубитный предшественник. В новом компьютере кубиты расположены в два квадратных массива 6×6, что позволяет лучше отслеживать и исправлять ошибки во время вычислений. Хотя подробных характеристик устройства пока не раскрыто, компания утверждает, что оно позволяет достигать квантового превосходства.
Чтобы подтвердить это заявление, исследователи теоретически оценили условия, при которых данную систему нельзя смоделировать на классическом компьютере. По их расчетам, для этого необходимо, чтобы в состав системы входило не менее 49 кубитов, «глубина» (circuit depth) превышала 40 кубитов, а вероятность ошибки в двухкубитном логическом элементе была не выше 0,5 процента. Построенный компьютер соответствует этим требованиям.
В ноябре прошлого года две группы ученых успешно реализовали алгоритм, который позволяет отслеживать и исправлять ошибки, возникающие при квантовых вычислениях. Ранее аналогичные разработки по созданию процессора с автоматическим исправлением ошибок анонсировала IBM. В декабре исследования, проведенные физиками из Австралии и Нидерландов, привели к предложению интегральной схемы для квантового компьютера, способной разместить несколько тысяч кубитов на основе квантовых точек, а в январе были экспериментально изготовлены такие кубиты.