Революция в квантовых вычислениях: как Amazon улучшает квантовые системы

Квантовые компьютеры обладают невероятным потенциалом, но их главная проблема — ошибки, возникающие из-за нестабильности квантовых состояний. Однако Amazon предложила решение, которое может значительно упростить квантовые вычисления.

Два типа кубитов для большей точности

Компания представила архитектуру, в которой используются два вида кубитов: кошачьи кубиты и трансмоны. Такой подход помогает эффективнее находить и исправлять ошибки.

Кубит — это основной элемент квантового компьютера, аналог бита в классических системах. Однако, в отличие от бита, который может быть либо 0, либо 1, кубит находится в суперпозиции — одновременно в обоих состояниях. Из-за этого квантовые системы подвержены двум типам ошибок:

• Переключение бита — когда кубит неожиданно меняет свое состояние.
• Фазовый сдвиг — ошибка, при которой изменяется направление суперпозиции, не затрагивая само значение кубита. В классических вычислениях этого не происходит, но для квантовых систем такие ошибки критичны.

Как работают кошачьи кубиты

Кошачьи кубиты названы в честь мысленного эксперимента "Кошка Шредингера". Они работают на основе нескольких фотонов, объединенных в одно квантовое состояние. Если один из фотонов изменяется, оставшиеся сохраняют необходимое состояние. Это делает такие кубиты устойчивыми к ошибкам переключения бита.

Однако у них есть и недостатки — они уязвимы к фазовым сдвигам. Чтобы компенсировать это, Amazon использовала трансмоны — сверхпроводящие кубиты, которые уже применяют компании IBM и Google. Трансмоны следят за состоянием кошачьих кубитов и фиксируют фазовые ошибки.

Как это работает

Каждый кошачий кубит в системе связан с трансмоном, который постоянно отслеживает его состояние. Если происходит фазовая ошибка, трансмон фиксирует ее и отправляет сигнал для исправления. Это позволяет устранять большинство ошибок до того, как они повлияют на вычисления.

Эксперимент показал, что по мере увеличения числа кубитов в системе количество ошибок снижается — в отличие от других квантовых архитектур, где сложность обычно ведет к росту нестабильности.

Почему это важно

Сегодня для работы квантовых компьютеров требуется огромное количество физических кубитов на один логический. Это затрудняет их масштабирование и увеличивает стоимость. Однако метод Amazon позволяет уменьшить число физических кубитов, необходимых для исправления ошибок, что делает квантовые системы более доступными и эффективными.

Этот шаг приближает нас к созданию коммерческих квантовых платформ, которые смогут применяться в науке, криптографии и моделировании сложных процессов.

Уточнения

Куби́т (q-бит, кьюбит, кубит; от quantum bit) — наименьшая единица информации в квантовом компьютере (аналог бита в обычном компьютере), использующаяся для квантовых вычислений.