Квантовые компьютеры являются крайне чувствительными системами. Исследователи должны провести множество часов, совершая тончайшие корректировки и калибровки, чтобы заставить работать чип всего из пяти квантовых битов — кубитов. Небольшая ошибка — и система выходит из строя.
Незначительные, казалось бы, перепады температур или давления приводят к тому, что сложная сеть кубитов перестаёт функционировать и требует калибровки, прежде чем её вновь можно будет использовать.
"Квантовые физики-экспериментаторы должны ежедневно сравнивать свойства системы и её среды с теми показателями, которые они видели днём ранее. Затем они должны произвести переоценку каждого параметра и тщательно откалибровать чип", — поясняет ведущий автор нового исследования Франк Вильгельм-Мох (Frank Wilhelm-Mauch), профессор теоретической квантовой физики и физики твёрдого тела из университета Саарланда.
Лишь очень небольшая частота появления ошибок, меньше, чем 0,1%, допустима при измерении условий окружающей среды. Фактически ошибка может возникнуть лишь в одном из тысячи измерений, при этом количество параметров, требующих последующей калибровки эквивалентно пятидесяти. При таких несовершенствах возникает вопрос о целесообразности использования квантовых вычислительных машин.
"Поэтому мы стали искать принципиально новый подход к решению этой проблемы. Мы задались вопросом, зачем необходимо ежедневно сравнивать показатели среды в системе с предыдущим днём? В конечном счёте мы пришли к выводу, что эти проверки могут быть совершенно лишними. Важно лишь то, чтобы процедура установки давала правильные результаты, а почему так происходит — не так существенно", — говорит Вильгельм-Мох.
Для процедуры калибровки физики использовали алгоритм инженерной математики, который, как правило, применяется при проектировке зданий. Вильгельм-Мох пояснил, что в этой области ошибки столь же недопустимы, сколь и при калибровке квантовой системы.
Алгоритм позволил учёным снизить уровень возможных ошибок ниже допустимой границы в 0,1%, а также сократить время процесса калибровки с шести часов до пяти минут. Саму методологию учёные назвали Ad-Hoc ("Адаптивный гибрид оптимального управления"). В настоящее время её тестируют физики из университета Калифорнии в Санта-Барбаре, которые стали соавторами научной статьи Вильгельм-Моха и его коллег, опубликованной в журнале Physical Review Letters.
Эта работа имеет огромное значение для будущего экспериментальных исследований и квантовых вычислений. Учёным более не нужно будет проводить по шесть часов, калибруя систему, эта работа будет проводиться быстро, автоматически и значительно эффективнее, что приведёт к ускорению запуска квантового компьютера в 72 раза.
"Поскольку многие из параметров, такие как температура, свет и давление воздуха не могут оставаться стабильными в течение всего длительного этапа калибровки, ошибки в системе могут возникнуть во время самого этапа их корректировок. Мы сократили временное окно и тем самым уменьшили вероятность дополнительных ошибок", — говорит Вильгельм-Мох.
Другое важное преимущество методики немецких физиков заключается в её масштабируемости. Если стандартные методы калибровки могут применяться только к чипам на пять кубитов, то алгоритм Вильгельма-Моха пригоден для корректировки процессора практически любого масштаба.
"К тому же, всё происходит полностью автоматически. Физик может нажать нужную кнопку, сварить себе кофе, вернуться и уже работать с квантовым компьютером", — рассказывает Вильгельм-Мох в пресс-релизе.
Таким образом квантовые компьютеры постепенно приближаются по простоте и скорости использования к обычным лэптопам. Будучи ещё довольно громоздкими, такие машины имеют огромный нереализованный потенциал, но одно уже точно понятно: квантовые вычислительные машины эволюционируют намного быстрее, чем развивались обычные ЭВМ.
Также по теме:
Физики объединили кубиты для взаимной корректировки ошибок вычислений
Квантовый компьютер D-Wave сыграл вничью с классической машиной
Квантовые компьютеры будут проверять результаты вычислений друг друга
Немцы соорудили первую простейшую квантовую сеть
Аспирант-физик создал крупнейший кластер квантовых систем
Ионный кристалл стал мощнейшим квантовым компьютером
