Квантовый компьютер IBM запускает крупнейшую в истории программу квантовых вычислений

Компания IBM уже попала в заголовки газет, представив свою последнюю модель квантового компьютера, способного использовать 433 кубита. Однако компания сделала ряд откровений на своем саммите IBM Quantum Summit. Она утверждает, что запустила схему из 127 кубитов, которая, как было показано, способна выполнять крупномасштабную компьютерную программу.

Почему так удивительно, что машина IBM может выполнять программу? В конце концов, можно подумать, что это вполне логичное использование компьютера. Однако в области квантовых вычислений все еще существует множество сложных ограничений.

Запуск программы — одна из них. Другими словами, все больше и больше исследовательских групп способны создать квантовый компьютер, но применить его на практике оказывается все сложнее. Одним из основных препятствий для их реализации является сложность исправления вычислительных ошибок. Фактически, само назначение квантового компьютера состоит в том, чтобы выполнять вычисления, основанные на принципах квантовой физики. Подводя итог, можно сказать, что квантовая физика, чрезвычайно сложная область, является наукой, которая занимается изучением поведения материи и света на атомном уровне. Изучение поведения материи на этом уровне позволило выявить определенные физические принципы, которые сильно отличаются от того, что было известно ранее.

Одним из них является «квантовая суперпозиция», которая является ключом к работе квантовых компьютеров. Конкретно квантовую суперпозицию можно описать как факт, что что-то может находиться «в двух состояниях одновременно», каким бы неинтуитивным это ни казалось. В случае классического компьютера основной единицей информации является «бит». Он может находиться в состоянии ‘0’ или ‘1’. В квантовом компьютере все работает немного по-другому. Однако существует некий эквивалент, называемый «кубитом». Благодаря знаменитому закону суперпозиции, кубиты могут каким-то образом быть и 0, и 1, и даже находиться в промежуточных состояниях, таких как 01, 10, 11… Это позволяет им развернуть феноменальную вычислительную мощь.

Однако эта способность также является слабым местом в отношении ошибок вычислений, которые часто встречаются в квантовых вычислениях. «Квантовые компьютеры по своей природе гораздо более чувствительны к возмущениям«, — говорится в заявлении Университета Инсбрука, где говорится о решении для исправления ошибок. Из-за этих так называемых ошибок может быть очень трудно эффективно выполнить программу.

Исследователям IBM удалось использовать метод, который позволил им исправить их постфактум. Квантовая схема, которую они использовали, состоит из 127 кубитов, которые выполнили более 1700 отдельных операций. Операции, которые они реализовали в компьютере, были предназначены для расчета того, что происходит с цепочкой электроноподобных частиц, когда они внезапно вынуждены взаимодействовать друг с другом. Выбор этой проблемы для решения не был тривиальным. Действительно, обычные компьютеры способны решить некоторые из этих вопросов, но они могут делать только приблизительные выводы.

Парадоксально, но метод, который они использовали для устранения ошибок, заключался… в их повторении. Они обязательно повторяли и усиливали ошибки, которые им еще не удалось исправить, чтобы понять, как они повлияли на результат. При этом они смогли математически отменить ошибки, чтобы получить правильный результат.