Ответ на пост «Учёные НИТУ МИСИС предложили способ адаптации нелокальных кодов коррекции квантовых ошибок под сверхпроводниковые процессоры»
Простое объяснение.
Представьте, что квантовый компьютер — это очень мощный, но невероятно капризный калькулятор. Его главные детали, кубиты (квантовые биты), очень хрупкие. Любое внешнее воздействие — случайный шум, крошечное изменение температуры — заставляет их ошибаться.
Сейчас вероятность ошибки в одной операции составляет около 0,1% (одна на тысячу). Для решения серьезных задач, например, для создания новых лекарств или взлома шифров, нужна точность в миллионы раз выше. Чтобы кубиты не ошибались, ученые придумали коды коррекции ошибок.
Как работает эта «защита». Представьте, что у вас есть рабочие (кубиты, которые считают) и надсмотрщики (вспомогательные кубиты). Надсмотрщики не умеют считать, их задача — ходить между рабочими и слушать, не ошибся ли кто-то. Если надсмотрщик слышит ошибку, он поднимает флажок, и система понимает, какой именно рабочий сбился, и исправляет его.
Проблема в том, что в современных сверхпроводниковых чипах надсмотрщик может подойти только к тем рабочим, которые стоят с ним вплотную. А самые эффективные способы защиты требуют, чтобы надсмотрщик мог проверить рабочих в разных концах чипа. Из-за этого ученые были вынуждены использовать самый простой, но очень «прожорливый» способ защиты — поверхностный код. Чтобы надежно защитить информацию, ему нужно огромное количество физических кубитов.
Что придумали российские ученые (НИТУ МИСИС, РКЦ, МФТИ, Сколтех). Они нашли способ, как надсмотрщику быстро перемещаться в любую часть чипа, не перестраивая сам чип. Этот метод назвали «динамической переадресацией вспомогательных кубитов».
Простыми словами: это как если бы у вас в офисе была старая проводная телефонная сеть, где трубка намертво прикручена к столу. Чтобы позвонить коллеге в другой отдел, вам пришлось бы тянуть через весь коридор новый кабель (усложнять архитектуру чипа). Ученые же придумали быстрый беспроводной коммутатор. Сама трубка остается на месте, но теперь она может мгновенно соединяться с любым нужным номером.
Технически: вспомогательный кубит с помощью быстрой последовательности простых операций временно связывается с удаленными рабочими кубитами, проводит проверку и «переезжает» к следующей группе. При этом физическая разводка проводов на самом чипе остается прежней и простой.
В результате на том же самом «железе» можно использовать гораздо более эффективные и умные коды защиты. Они требуют меньше кубитов для того же уровня надежности. Это позволяет экономить место на чипе и ресурсы на его охлаждение, делая путь к полезному квантовому компьютеру короче.
Зачем это нужно и что будет дальше Эксперимент ученых на реальном квантовом процессоре подтвердил, что этот «телепорт» для надсмотрщиков действительно работает.
Теперь у них две главные задачи:
Сделать сами кубиты более стабильными, чтобы они ошибались еще реже
2. Разработать еще более хитрые и экономные «коды-надсмотрщики», которые сможет обслуживать их новая система перемещения.
Практической пользы для нас - обычных людей пока что нет, и в ближайшее время (10-20-30 лет) скорее всего не будет.
