Движущиеся атомы снижают ошибки квантовых компьютеров ⚡ экспресс
Представлена архитектура логических кубитов на нейтральных атомах, объединяющая перемещение атомов с запутыванием на месте; такой подход обеспечивает меньшие накладные расходы по сравнению с архитектурами на основе зоны взаимодействия. На 114-кубитном устройстве проведены три доказательных эксперимента. Во-первых, реализован предварительно скомпилированный не масштабируемый вариант алгоритма Шора с коррекцией потерь и детектированием утечек; достигнуто до 2-кратного снижения TVD (полного расстояния вариации) логических кубитов по сравнению с физическими. Во-вторых, построены логические лестницы операций CX с постоянной глубиной; на текущем оборудовании они выполняются с последовательным запутыванием, но всё равно дают снижение ошибки в 2–4 раза для 8 и 12 логических кубитов. В-третьих, подготовлен код [[16,4,4]] и проведено однократное декодирование с постобработкой; достигнуто 8-кратное превосходство логических кубитов над физическими по точности. Результаты демонстрируют, что совмещение движения атомов с запутыванием на месте снижает накладные расходы эффективнее, чем подходы с зоной взаимодействия.
Квантовые компьютеры страдают от ошибок, вызванных нарастающей энтропией — это как если бы танцоры в сложном номере постепенно сбивались с ритма. Чтобы танец не испортился, его копируют на нескольких исполнителей — так получают логический кубит из физических. Раньше для взаимодействия атомы приходилось отводить в сторону, что ломало рисунок танца. Теперь атомы двигаются свободно и запутываются прямо на ходу, словно партнёры в ловком танго, меняющиеся местами без остановки. В эксперименте на 114 кубитах-атомах упрощённый алгоритм Питера Шора дал вдвое меньше ошибок, цепочки операций — улучшение в 2-4 раза, а более сложный код [[16,4,4]] обеспечил 8-кратный выигрыш. Такой прогресс стал возможен благодаря спектроскопии — искусству управлять атомами лазерными толчками. Любопытно, что в роли танцоров выбрали не простой водород, а рубидий или стронций: их энергетические уровни, как шаги в танце, удобнее для такого сложного па.
🎯 Алгоритм Шора, придуманный в 1994 году, может взломать современные шифры, поэтому квантовые компьютеры так интересуют криптографов.
🎬 В фильме «Превосходство» квантовый компьютер обретает сознание. Улучшенная коррекция ошибок — шаг к по-настоящему мощным машинам, хотя до разума ещё далеко.