Спор за черничное мороженое помог учёным приблизить отказоустойчивый квантовый компьютер
- Команда Рутгерса, IBM и других организаций провела эксперимент на чипе IBM Quantum Heron с 156 кубитами, задействовав цепочку из 100.
- При частых проверках и сбросах кубитов вся цепочка перешла из хаотичного состояния в стабильное; физики называют это фазовым переходом.
- Идея исследования выросла из спора Пиксли и Ганешана в 2021 году о квантовом эффекте на черничное мороженое.
Почему это важно: Эксперимент показал, что квантовый компьютер может исправлять ошибки во время вычислений, не останавливаясь, что приближает создание отказоустойчивых машин.
Исследователи из американского Университета Рутгерса (Rutgers University), компании IBM и ряда других научных организаций продемонстрировали метод, позволяющий квантовому компьютеру самостоятельно отслеживать и исправлять ошибки прямо во время работы, не останавливая вычисления. Это похоже на то, как если бы автомобиль мог менять пробитое колесо, продолжая ехать по трассе на высокой скорости.
Источник изображения: eurekalert.org
Обычные потребительские компьютеры работают с битами — единицами и нулями. Квантовые машины используют кубиты, которые могут находиться в нескольких состояниях одновременно. Эта особенность даёт им колоссальные вычислительные возможности для решения сложнейших задач, например создания новых лекарств. Однако есть проблема: кубиты невероятно капризны. Малейший шум, изменение температуры или электромагнитные волны могут нарушить их состояние, превратив точные вычисления в бессмысленный хаос.
До сих пор главной мечтой инженеров было создание отказоустойчивого квантового компьютера, то есть устройства, которое не боится сбоев. В новой работе, опубликованной в журнале Nature Physics, исследователи показали, что это возможно. Они использовали один из самых мощных современных чипов IBM Quantum Heron, содержащий 156 кубитов и задействовали цепочку из 100 кубитов, запрограммировав систему на чередование двух конкурирующих задач.
Далее система постоянно «перемешивала» информацию между кубитами, намеренно создавая беспорядок, и одновременно проверяла их состояние, восстанавливая порядок. Можно провести аналогию с комнатой, где предметы постоянно меняются местами (хаос), а специальный контролёр периодически расставляет их по заданным местам (порядок).
В итоге выяснилось, что всё зависит от частоты вмешательств. Если проверок было мало, хаос побеждал. Но когда система начала достаточно часто проверять и сбрасывать кубиты, произошёл неожиданный эффект. Вся группа из сотни кубитов вдруг синхронно перешла из состояния беспорядка в стабильное, управляемое состояние. Физики называют такой резкий скачок фазовым переходом — тем же термином обозначают, например, превращение воды в лёд.
»Это была настоящая проверка теории на практике, — отмечает Джедедия Пиксли (Jedediah Pixley), профессор физики из Рутгерса и один из авторов исследования. — Нам нужно было делать эти проверки не один раз, а тысячи раз подряд, пока машина работает. И аппаратное обеспечение справилось».
История этого открытия началась с дружеского спора. В 2021 году на дне рождения жены Пиксли его коллега Срирам Ганешан (Sriram Ganeshan) поспорил, что странный квантовый эффект можно объяснить законами обычной физики. Проигравший должен был угостить победителя черничным мороженым. Пиксли проиграл, но в результате этот спор привёл к созданию новой теории, которую затем помогли проверить специалисты IBM.
Теперь учёные уверены, что нашли ключ к управлению квантовым хаосом. Хотя до появления полноценных квантовых компьютеров, способных решать задачи, недоступные сегодня ни одной другой машине, ещё далеко, этот эксперимент показал, что путь к их созданию открыт.
© 3DNews
