Google решила серьезную проблему квантовых компьютеров и добилась 40-кратного снижения ошибок16.10.2026 22:07

От квантовых компьютеров ожидают экспоненциального роста вычислительной мощности, поскольку они способны исследовать множество вариантов одновременно. Однако до их полноценного широкого внедрения физикам предстоит решить еще немало задач. Одна из самых серьезных — высокая склонность к ошибкам. Чтобы преодолеть ее, специалисты Google планируют использовать в своих квантовых процессорах метод magic state cultivation («культивация магических состояний»). Он позволяет получать высокоточные квантовые состояния, необходимые для выполнения сложных вычислительных операций.

Квантовый компьютер Google Quantum AI. Источник: Google Quantum AI

В научном журнале Science было опубликовано исследование, описывающее этот важный прорыв. Благодаря новому методу удалось существенно снизить уровень ошибок. Современные компьютеры, оперирующие нулями и единицами, работают на основе простых логических правил — функций «И» (AND) и «ИЛИ» (OR). В квантовых компьютерах существует аналогичный принцип — так называемые «вентили Клиффорда» (Clifford gates), их работу может имитировать даже обычный компьютер.

Однако, как поясняет исследовательница Эмма Розенфельд в интервью журналу Scientific American, существует особый тип вентилей, который и раскрывает по-настоящему высокую производительность квантовых компьютеров. Физики называют их неклиффордовыми вентилями (non-Clifford gates). Чаще всего это так называемые T-вентили (T-gates). Для них необходимы «магические состояния» — специальные ресурсы, которые расходуются при выполнении операций.

Если кубит квантового компьютера находится в определенном состоянии — то есть в строго определенной суперпозиции 0 и 1, — то это состояние расходуется в качестве вычислительного ресурса, необходимого для работы T-вентиля. Ошибки передаются и на логический вентиль, поэтому процесс производства требует обеспечения чрезвычайно высокой точности. Эта проблема занимает исследователей в области квантовых технологий уже около 20 лет.

Розенфельд и ее команде впервые удалось реализовать процесс «культивации» на реальном квантовом чипе — процессоре Willow от Google. Принцип «культивации» напоминает выращивание растений: «магическое» состояние зарождается в малом масштабе, затем исследователи проводят его измерение и проверку, после чего на следующем этапе оно «разрастается». Новый метод позволил снизить частоту ошибок примерно в 40 раз.

Однако для создания практически применимых квантовых компьютеров, способных взламывать существующие системы шифрования, допустимый уровень ошибок должен составлять не более одной ошибки на 10 миллиардов операций. Более достижимой целью являются такие задачи, как моделирование молекул: здесь допустим более высокий уровень ошибок — примерно одна ошибка на 1 миллион — 100 миллионов операций. На данный момент команда Google с помощью метода «культивации» достигла показателя примерно в одну ошибку на 10 000 операций.