Второкурсник придумал революционный алгоритм для квантовых компьютеров

Пабло Атайдес (слева) со своим соавтором доктором Беном Брауном.

Пабло Атайдес (слева) со своим соавтором доктором Беном Брауном.
Фото Louise Cooper.

Студент второго курса приблизил эру квантовых компьютеров, улучшив код, который тщательно изучается специалистами уже два десятилетия. Новинкой уже заинтересовались как научные центры, так и коммерческие структуры.

Пабло Бонилья Атайдес (Pablo Bonilla Ataides) – 21-летний студент второго курса Сиднейского университета. Однако юный возраст не помешал ему предложить идею, которую эксперты называют гениальной в своей простоте.

Задача нового алгоритма – исправление ошибок при работе квантовых компьютеров. Мы подробно рассказывали о том, как работают подобные машины. Напомним, что вместо классических компьютерных битов они используют квантовые биты (кубиты).

В теории кубиты позволяют обрабатывать информацию со скоростью, которая и не снилась нынешним компьютерам. Поэтому наступление эры квантовых вычислений может стать революцией во всех областях, где требуются вычислительные мощности, от разработки лекарств до проектирования самолётов.

Однако сделать эту сказку былью мешает чрезвычайная уязвимость кубитов перед шумами и помехами. Самое ничтожное внешнее воздействие меняет состояние кубита, что чревато ошибкой в вычислениях. Чтобы снизить такого рода шумы (а вместе с ними и количество ошибок), экспериментаторы охлаждают аппаратуру до крайне низких температур, но даже это не устраняет проблему полностью.

Поэтому квантовые компьютеры нуждаются в программах коррекции ошибок, которые будут следить за правильностью вычислений и не дадут машине ошибиться слишком сильно. Разработка таких алгоритмов бурно развивается.

"Квантовые технологии находятся в зачаточном состоянии отчасти потому, что мы не смогли преодолеть внутреннюю нестабильность машин, которые делают так много ошибок, – рассказывает Атайдес. – На втором году изучения физики меня попросили взглянуть на часто используемый код исправления ошибок, чтобы разобраться, можем ли мы его улучшить. Мы обнаружили, что можем эффективно удвоить способность подавлять ошибки, переключая половину квантовых переключателей, или кубитов, в нашем [новом] дизайне".

Новый алгоритм получил название XZZX-кода.

"Что меня поражает в этом новом коде, так это его совершенная элегантность, – признаётся специалист по квантовым вычислениям из Йельского университета Шрути Пури (Shruti Puri), не принимавшая участия в разработке. – Его замечательная способность к исправлению ошибок возникает в результате простой модификации кода, который тщательно изучается почти два десятилетия".

Новинкой заинтересовались не только эксперты из Йеля и других университетов, но и разработчики из крупных коммерческих фирм. Вполне вероятно, что детище 21-летнего студента, как и его самого, ждёт большое будущее.

"Это исследование меня удивило. Я был поражён тем, что такое небольшое изменение кода квантовой коррекции ошибок могло так сильно повлиять на прогнозируемую производительность", – говорит специалист в области квантовых технологий Эрл Кэмпбелл (Earl Campbell), не принимавший участия в работе.

Соавтор Атайдеса Бен Браун (Ben Brown) из Сиднейского университета сравнивает разработку полноценного квантового компьютера с созданием первого самолёта. Машина ещё не оторвалась от земли, говорит эксперт, но многие её детали уже готовы. И сегодня исследователи ещё на шаг приблизились к эпохе, так сказать, регулярных авиарейсов.

Научная статья с результатами исследования была опубликована в журнале Nature Communications.

К слову, ранее мы рассказывали о другом перспективном подходе к исправлению ошибок квантовых компьютеров. Писали мы и о "тёплых" кубитах, позволяющих сэкономить на охлаждении.

Больше новостей из мира науки и технологий вы найдёте в разделе "Наука" на медиаплатформе "Смотрим".