За последние два десятилетия множество компаний, таких как Google, Microsoft и IBM, присоединились к гонка за разработку квантовых вычислений. Инвесторы вложили более 5 миллиардов долларов в достижение конечной цели — создания следующей крупной инновации. Квантовые компьютеры используют необычные правила атомной и субатомной материи для обработки данных способами, недоступными традиционным или классическим компьютерам. Эта технология может произвести революцию в таких отраслях, как разработка лекарств, криптография, финансы и управление цепочками поставок.

Однако основной проблемой, сдерживающей прогресс квантовых вычислений, является проблема шума и декогеренции, которые приводят к ошибкам в вычислениях. Кубиты, фундаментальная единица квантовых вычислений, очень чувствительны к окружающей среде, и любое возмущение или колебания температуры могут привести к потере их квантового состояния, что повлияет на точность и надежность вычислений.

Шум: враг квантовых вычислений

Несмотря на потенциал квантовых вычислений, они остаются хрупкими и восприимчивыми даже к малейшим возмущениям, таким как случайный фотон, вызванный теплом, случайный сигнал от близлежащей электроники или физическая вибрация. Этот шум вызывает хаос, приводящий к ошибкам или даже остановке квантовых вычислений. Ученые и исследователи усердно работают над способами решения этой проблемы, используя такие стратегии, как алгоритмы исправления ошибок, лучшие материалы и улучшенные методы изоляции. Гонка за по-настоящему функциональным и эффективным квантовым компьютером зависит от поиска идеального баланса между присущей ему хрупкостью и сохранением производительности.

Исследователи полагали, что им, возможно, придется работать с шумными компонентами. Многие искали приложения, которые по-прежнему были бы практичны при ограниченных возможностях. Хотя этот поиск не увенчался особым успехом, недавние теоретические и экспериментальные достижения дали исследователям надежду, что проблемы шума, наконец, могут быть решены. Эти достижения включают разработку инновационных методов исправления ошибок и совершенствование конструкции аппаратного обеспечения для минимизации помех, что вселяет новый оптимизм в научное сообщество.

Сабрина Манискалько, профессор Хельсинкского университета, изучающая влияние шума на вычисления, призналась, что десять лет назад она отказалась от квантовых вычислений из-за фундаментальных проблем. Однако технологические достижения и инновационные исследования в области квантовых вычислений начали решать эти проблемы, меняя ее точку зрения и раскрывая их огромный потенциал для преобразования отраслей и решения сложных проблем.

Сочетание аппаратных и программных технологий.

Сочетание аппаратных и программных технологий демонстрирует потенциал в уменьшении, управлении и исправлении квантовых ошибок с целью повышения стабильности и улучшения общей производительности. Исследователи добиваются значительных успехов в достижении отказоустойчивых квантовых вычислений, сочетая передовые алгоритмы с надежными аппаратными конструкциями.

Изображение предоставлено: Фото Маркуса Винклера; Пексели