Физики нашли способ исправить недостатки квантовых компьютеров

Фото: ТАСС/Денис Вышинский

Интегральную схему для квантового компьютера, объединяющую множество кубитов и исправляющую ошибки в вычислениях, предложили ученые из Австралии и Нидерландов. Свое изобретение они описали в статье в Nature Communications.

Проблема неточностей в вычислениях – распространенный недуг квантовых компьютеров. Кроме того, осложнен обмен информацией между кубитами и внешним миром. Ученые уже придумали, как справляться с недочетами, но им необходима платформа, связывающая много кубитов между собой. Для этого нужен некий аналог интегральной схемы, которая используется для объединения классических вычислительных элементов.

Кубит – наименьший элемент для хранения информации в квантовом компьютере.

Исследователи под руководством Менно Вельдхорста из Университета Нового Южного Уэльса предложили способ, основанный на технологии КМОП (CMOS). Ее используют в подавляющем большинстве современных цифровых микросхем. Они предложили разместить слой оксида кремния между кубитами и транзисторами. Через него проходят металлические проводки, которые соединяют транзисторы с кубитами.

В этой схеме элементы хранения данных представляют собой квантовые точки, на каждую из которых приходится по шесть транзисторов. один блок такой системы занимает пространство в 63×63 квадратных нанометра. Компании, которые могли бы произвести настолько маленькие детали, уже есть на рынке. Для удобства исправления ошибок ученые предложили объединить однокубитные блоки в модули по 480 штук.

Ошибки при вычислении предложили использовать, объединяя кубиты в группы по шесть элементов – два для хранения данных, а четыре – для работы с транзисторами. Схема будет копировать состояние одного из хранилищ в два измерительных кубита. Это позволит избежать разрушения квантового состояния при считывании информации непосредственно с "кубита памяти". При этом состояние обоих хранилищ будут сравнивать для исключения ошибок.

Исследователи также провели вычисления о определили, что схема сможет обслуживаться современными технологиями охлаждения.

На данный момент физики уже объединили кубиты разной природы в одну систему и научились исправлять ошибки, возникающие во время вычислений, с помощью дополнительного кубита. А самый сложный квантовый компьютер оперирует с 53 кубитами, в каком-то смысле он уже достиг квантового превосходства.