Значительный прорыв Google (GOOGL.US) в области квантовых вычислений! Уровень ошибок на ключевом этапе снизился примерно в 40 раз, ещё один шаг к практическому применению

По данным приложения Zhitong Finance, компания Google, входящая в состав Alphabet (GOOGL.US), заявила о демонстрации новой технологии, позволяющей снизить уровень ошибок в одном из ключевых этапов квантовых вычислений примерно в 40 раз. Это свидетельствует о прогрессе на пути к созданию достаточно мощных, надежных машин, способных решать задачи, недоступные для традиционных компьютеров.

Исследователи Эмма Розенфельд и Крейг Гидни сообщили в блоге Google Quantum AI, что результаты исследования, опубликованные 15 октября в научном журнале Science, показывают: процесс под названием "выращивание магических состояний" (magic state cultivation) может быть реализован на квантовом процессоре Google Willow. Эта технология достигла рекордной точности 99,99% при создании специализированных квантовых состояний, необходимых для выполнения некоторых сложных вычислений.

Данное достижение решает одну из основных преград для коммерческих квантовых вычислений: огромный объем аппаратного обеспечения, необходимого для предотвращения ошибок. Квантовые компьютеры используют кубиты (qubits), которые обрабатывают и представляют информацию принципиально иначе, чем обычные биты. Однако кубиты чрезвычайно чувствительны к помехам, и без значительных мер по коррекции ошибок достичь надежных вычислений крайне сложно.

Почему "магические состояния" так важны

Особенно затратной частью коррекции ошибок является подготовка так называемых "магических состояний". Это специально подготовленные квантовые состояния, поддерживающие некоторые операции, необходимые для полнофункционального квантового компьютера. В отличие от обычных вычислительных ресурсов, магические состояния уничтожаются во время использования и должны постоянно пополняться.

Google отмечает, что ранее некоторые оценки показывали: подготовка этих состояний может потреблять до 95% вычислительной мощности квантового компьютера, оставляя лишь небольшую часть для полезных расчетов. Снижение этой нагрузки потенциально позволит будущим квантовым компьютерам стать значительно более компактными и снизить эксплуатационные расходы.

Технология выращивания Google решает эту проблему, начиная с несовершенного квантового состояния и неоднократно проверяя его на ошибки. Попытки, не прошедшие проверку, отбрасываются, тем самым формируется гораздо более надежное состояние. На процессоре Google Willow по сравнению с сырым состоянием этот метод снижает количество ошибок примерно в 40 раз.

Инженерные вызовы и прорывы

Исследование потребовало от Google также преодолеть проблемы, связанные со способом измерения квантовых ошибок. Команда обнаружила: электрические колебания и изменения температуры искажают их методы тестирования, что сначала привело к несовместимым с известной физикой результатам. После этого исследователи модернизировали управление аппаратным обеспечением и разработали новый способ измерения точности своей технологии.

Еще одним достижением стало успешное перенесение усовершенствованного квантового состояния между двумя разными системами коррекции ошибок — color codes и surface codes. Обе системы предлагают альтернативные методы защиты квантовой информации от ошибок. Доказательство того, что эти состояния могут выжить после переноса, показывает, что технология выращивания может быть в будущем интегрирована в более крупные квантовые вычислительные системы.

Для инвесторов Alphabet эти открытия означают прогресс в преодолении технических и экономических барьеров на пути к коммерческим квантовым вычислениям. Более эффективная коррекция ошибок в итоге может уменьшить количество физических кубитов, необходимых для выполнения полезных вычислений, что потенциально снизит стоимость и сложность создания коммерчески жизнеспособных машин. Квантовые компьютеры в конечном итоге могут найти применение в материалахедении, химии и других областях, где традиционным компьютерам крайне сложно выполнять расчеты.

Тем не менее, эти результаты не означают, что Google уже разработала коммерчески пригодный квантовый компьютер. Компания признает, что необходимо проверить технологию в более крупном масштабе, и по-прежнему существуют серьезные инженерные вызовы. 40-кратное улучшение относится конкретно к подготовке магических состояний, а не ко всей производительности или общей ошибке процессора.

Исследование укрепило позиции Google в гонке по разработке отказоустойчивых квантовых вычислений. Отказоустойчивые квантовые вычисления — это машины, способные выполнять длительные и сложные вычисления, несмотря на наличие ошибок в базовом оборудовании.

Хотя это достижение в конечном итоге может улучшить экономические показатели квантовых вычислений, Google пока не предоставила график коммерциализации и не оценила возможное влияние на доходы. Для инвесторов его непосредственное значение заключается в технологическом прогрессе, а не во вкладе в краткосрочную прибыль Alphabet.