Развитие квантовых компьютеров обещает революцию в медицине, искусственном интеллекте, криптографии и других отраслях. Однако перед тем, как такие машины станут по-настоящему полезными, необходимо решить одну из главных проблем — высокую чувствительность квантовых вычислений к ошибкам. В отличие от классических систем, где ошибки легко корректируются, квантовые вычисления требуют особых подходов, чтобы сохранять точность.
До сих пор верификация квантовых вычислений, то есть их проверка с помощью обычных компьютеров, оставалась почти невозможной. Моделирование даже небольших фрагментов квантовых алгоритмов с коррекцией ошибок требовало колоссальных ресурсов, а иногда — времени, превышающего возраст Вселенной.
Исследователи из Технологического университета Чалмерса (Швеция), университетов Милана, Гранады и Токио представили инновационный метод, позволяющий моделировать определенный класс квантовых вычислений с коррекцией ошибок. Впервые стало возможно точно смоделировать вычисления с использованием так называемого GKP-кода (Gottesman-Kitaev-Preskill), который играет ключевую роль в построении отказоустойчивых квантовых систем.
Ранее подобные расчеты практически не поддавались моделированию. Мы создали алгоритм, способный эффективно воспроизводить эти процессы и тем самым проверять надежность квантовых вычислений.
Квантовые системы строятся на основе кубитов (квантовых битов), способных находиться в нескольких состояниях одновременно благодаря явлению суперпозиции. Эта особенность обеспечивает огромную вычислительную мощность, но делает систему чрезвычайно уязвимой к шумам и внешним воздействиям. Именно поэтому методы коррекции ошибок, такие как GKP-код, становятся критически важными. Этот код распределяет информацию между энергетическими уровнями квантового осциллятора, что помогает восстанавливать данные без разрушения квантового состояния.
До недавнего времени ни один классический компьютер не мог адекватно смоделировать вычисления с GKP-кодом из-за сложности этих систем. Однако новая математическая разработка, лежащая в основе алгоритма, позволила решить эту задачу.
Открытие не только позволяет проверить точность квантовых машин, но и закладывает основу для разработки масштабируемых квантовых архитектур с высокой надежностью. Это критически важно для практического применения квантовых технологий в будущем.
Ранее Наука Mail рассказывала, что ученые поделились новыми гипотезами, почему время может идти не только в одном направлении.