Квантовые компьютеры — это передовые машины, способные выполнять сложные задачи и вычисления, используя законы квантовой механики. Они применяются в исследованиях, связанных с искусственным интеллектом, производством лекарств, изменением климата, кибербезопасностью и другими областями. Исследование, недавно опубликованное в журнале Nature, раскрывает ряд вычислительных операций, которые могут сделать квантовые компьютеры более точными, чем когда-либо.
Поскольку квантовые компьютеры решают задачи, слишком сложные даже для классических суперкомпьютеров, им приходится иметь дело с огромными объемами данных. Это делает их более восприимчивыми к помехам, которые вызывают появления ошибок. Хотя бы одна из них может привести к потере большого количества ценной информации. Поэтому инженеры и ученые снабжают квантовые компьютеры надежными механизмами исправления ошибок, чтобы избежать любых расхождений.
Группа исследователей из немецкого Университета Инсбрука, Рейнско-Вестфальского технического университета Ахена и Юлихского исследовательского центра предложила метод, который может привести к появлению безошибочных квантовых компьютеров.
Обычный компьютер избегает ошибок, создавая избыточные копии информации в виде битов. Копии в дальнейшем используются для проверки данных. Однако законы квантовой механики не позволяют копировать данные из одного кубита в другой. Так что в случае с квантовыми компьютерами вместо копирования ученые распределяют данные по многочисленным физическим кубитам для достижения информационной избыточности для решения задач.
Исследователи из Германии придумали вычислительную операцию, которая включает в себя два логических квантовых бита и может использоваться для решения любых задач. Упомянутая операция фактически представлена набором универсальных вентилей или квантовых схем, способных обрабатывать все виды математической информации. Авторы исследования утверждают, что универсальный набор можно использовать в квантовом компьютере для программирования всех алгоритмов.
В ходе исследования его применили на квантовом компьютере с ионной ловушкой. Эта машина обрабатывает квантовую информацию посредством движения заряженных атомных частиц, взвешенных в свободном пространстве под действием электромагнитного поля. Всего компьютер с ионной ловушкой содержал 16 атомов.
Два логических бита набора, называемые вентилем CNOT и вентилем T, хранят квантовую информацию. Каждый бит был разделен на семь атомов, и впервые ученые смогли реализовать универсальный вентиль на отказоустойчивых битах. Отказоустойчивость — это способность системы продолжать свою работу даже после выхода из строя некоторых ее узлов.