Экспоненциальная квантовая коррекция ошибок — ниже порога!

Ошибки — одна из самых больших проблем в квантовых вычислениях, поскольку кубиты, вычислительные единицы квантовых компьютеров, имеют тенденцию быстро обмениваться информацией с окружающей средой, что затрудняет защиту информации, необходимой для проведения вычислений. Как правило, чем больше кубитов вы используете, тем больше ошибок будет происходить, и система станет классической.

Сегодня в Природамы опубликовали результаты, показывающие, что чем больше кубитов мы используем в Willow, тем больше мы уменьшать ошибкии чем больше система становится квантовой. Мы тестировали все более крупные массивы физических кубитов, переходя от сетки закодированных кубитов 3×3 к сетке 5×5, а затем к сетке 7×7 — и каждый раз, благодаря нашим последним достижениям в коррекции квантовых ошибок, нам удавалось уменьшить их. процент ошибок вдвое. Другими словами, мы добились экспоненциального снижения частоты ошибок. Это знаковое достижение известно в этой области как «подпороговое»: возможность уменьшить количество ошибок при одновременном увеличении количества кубитов. Вам необходимо продемонстрировать, что вы находитесь ниже порога, чтобы продемонстрировать реальный прогресс в исправлении ошибок, и это было исключительной задачей с тех пор, как квантовая коррекция ошибок был представлен Питером Шором в 1995 году.

К этому результату причастны и другие научные «новинки». Например, это также один из первых убедительных примеров исправления ошибок в сверхпроводящей квантовой системе в реальном времени, что имеет решающее значение для любого полезного расчета, потому что, если вы не можете исправить ошибки достаточно быстро, они разрушат ваш расчет еще до его завершения. И это демонстрация «за пределами безубыточности», когда наши массивы кубитов имеют более длительный срок службы, чем отдельные физические кубиты, что является неопровержимым признаком того, что исправление ошибок улучшает систему в целом.

Будучи первой подпороговой системой, это наиболее убедительный прототип масштабируемого логического кубита, созданный на сегодняшний день. Это явный признак того, что действительно можно построить очень большие и полезные квантовые компьютеры. Уиллоу приближает нас к использованию практических, коммерчески значимых алгоритмов, которые невозможно воспроизвести на обычных компьютерах.

10 семь миллиардов лет на одном из самых быстрых суперкомпьютеров современности

Для измерения производительности Willow мы использовали Справочник по выборке случайной цепи (RCS). RCS, впервые разработанный нашей командой и в настоящее время широко используемый в качестве стандарта в этой области, классически является самым сложным тестом, который сегодня может быть выполнен на квантовом компьютере. Вы можете думать об этом как о точке входа в квантовые вычисления: они проверяют, делает ли квантовый компьютер что-то, что невозможно сделать на классическом компьютере. Любая команда, создающая квантовый компьютер, должна сначала проверить, сможет ли он победить классические компьютеры на RCS; в противном случае есть веские основания скептически относиться к его способности решать более сложные квантовые задачи. Мы постоянно использовали этот тест для оценки прогресса от одного поколения чипов к другому: мы опубликовали результаты Sycamore в октябре 2019 года, а недавно снова в октябрь 2024 г..

Результаты Уиллоу в этом тесте поразительны: он выполнил расчет менее чем за пять минут, что потребовало бы одного из сегодняшних вычислений. самые быстрые суперкомпьютеры 10²⁵ или 10 септиллионов лет. Если вы хотите это записать, то это было 10 000 000 000 000 000 000 000 000 лет назад. Это ошеломляющее число превышает масштабы времени, известные в физике, и намного превышает возраст Вселенной. Это подтверждает идею о том, что квантовые вычисления происходят во многих параллельных вселенных, что согласуется с идеей о том, что мы живем в мультивселенной, прогноз режиссером впервые стал Дэвид Дойч.

Последние результаты Willow, как показано на диаграмме ниже, являются нашими лучшими на данный момент, но мы продолжим улучшаться.