Квантовый компьютер за 15 минут провел расчеты, которые не под силу обычному
Ученые применили новый метод обнаружения ошибок для кодирования 70 логических кубитов и решения задачи, недоступной для классических компьютеров. Квантовые вычисления, на которые обычной ЭВМ, даже самой мощной, потребовалась бы едва ли не вечность, заняли чуть больше 15 минут.
Инженеры и физики из IBM и Чикагского университета разработали протокол демонстрации квантового преимущества с обнаружением ошибок. Он представлен в статье на сервере препринтов arXiv, а схемы и результаты экспериментов выложены в открытый доступ на платформе Quantum Advantage Tracker.
Уже достаточно давно для проверки квантового превосходства применяется выборка случайных схем (RCS) — своего рода эталонный бенчмарк. Если по-простому, задача квантового компьютера при выполнении этого теста — генерировать последовательности настолько сложных закономерностей, что классическая машина не может эффективно их воспроизвести. Проблема всегда заключалась в верификации — по мере усложнения задачи доказать правильность ответов квантового компьютера все труднее, а затем и вовсе невозможно отделить их от шума. Эту проблему авторы новой работы решили.
«Верификация остается одним из главных препятствий на пути к твердому экспериментальному подтверждению квантового преимущества. Наш эксперимент развивает методы, позволяющие лучше характеризовать точность сложных квантовых состояний в условиях шума — это укрепляет уверенность в том, что квантовый компьютер действительно решает вычислительно сложную задачу», — подчеркнул информатик Билл Фефферман из Чикагского университета, руководивший теоретической частью работы. «Помимо усиления экспериментальной валидации, прогресс в области верификации способен открыть путь к практическим приложениям для квантовых компьютеров следующего поколения», — добавил аспирант Сумик Гош из группы Феффермана.
В ходе одной из крупнейших демонстраций обнаружения ошибок задействовали 70 логических кубитов. Их защитили от ошибок, чтобы выполнить 2415 логических двухкубитных операций и 468 логических T-гейтов (однокубитных вентилей, которые вносят в вычисления так называемую «магию»; именно по их числу можно судить о сложности задачи).
Благодаря кодированию схемы, логическое вычисление достигло эффективной частоты логических ошибок в 10 раз ниже физической частоты ошибок, что позволило обеспечить исключительно высокую точность схемы даже при столь большом количестве гейтов.
«Мы уверенно вступили в эру квантового преимущества. Мы продемонстрировали квантовые вычисления, выходящие за пределы практических возможностей классических компьютеров, и установили со статистической достоверностью нижнюю границу точности его выполнения», — заявил Джей Гамбетта, директор IBM Research и IBM Fellow.