Компания D-Wave, ранее известная как крупнейший разработчик систем квантового отжига для задач оптимизации, вышла на новый для себя рынок универсальных квантовых компьютеров. Дебют оказался амбициозным: представлена архитектура квантовых вентилей с расширенными возможностями обнаружения ошибок.
В статье, опубликованной в Nature, исследователи D-Wave описали новый элемент квантового процессора, способный самостоятельно распознавать значительную часть возникающих ошибок. Идея в том, чтобы ошибки становились не только реже, но и сразу заметны системе.
Коррекция ошибок остаётся одним из главных барьеров на пути к практическим квантовым компьютерам. Обычно для защиты одного логического кубита требуется множество физических. Если процессор заранее знает, где произошёл сбой, исправить его проще и с меньшими затратами оборудования.
Пока разработка проверена лишь на системе из двух взаимодействующих кубитов, так что до полноценного отказоустойчивого квантового компьютера ещё далеко. Ранее соединение кубитов между собой было проблемой: при совместных операциях способность обнаруживать ошибки могла снижаться.
В новой работе учёные показали двухкубитный вентиль, позволяющий кубитам взаимодействовать и создавать квантовую запутанность без потери способности к обнаружению ошибок. В эксперименте вентиль продемонстрировал точность около 99,9% при операциях длительностью 500 нс.
По словам исследователей, благодаря такой архитектуре уровень логических ошибок может снижаться примерно в десять раз с каждым уровнем кода коррекции. Это позволит создавать логические кубиты из меньшего числа физических, упрощая масштабирование квантовых систем.
В обычных процессорах кубиты крайне чувствительны к помехам, а система не всегда понимает, где произошёл сбой. D-Wave использует так называемые двухрельсовые кубиты (dual-rail), состояние которых распределяется между парой связанных резонаторов.
Такая архитектура позволяет выявлять ошибки прямо на уровне кубита без дополнительных схем коррекции — благодаря самим физическим принципам устройства. Система получает не просто неверный результат, но и информацию о том, какой именно кубит дал сбой.