Радиоприёмник ловит передачу сквозь треск и шипение. Примерно так работают современные квантовые компьютеры: полезный сигнал тонет в шуме. Чем дольше идёт вычисление, тем сильнее помехи искажают результат. Физики из Токийского университета придумали, как обойти эту проблему, — они обучают короткую квантовую схему подражать длинной, но делать это чище.
Секрет — в скрытых правилах системы. Многие квантовые цепочки, похожие на ряд связанных маятников, подчиняются законам сохранения: например, общая энергия или импульс остаются неизменными, как счёт в бухгалтерской книге. Метод, названный квантовым схемным обучением, сначала «подсматривает» за поведением настоящей системы — буквально несколько мгновений — и запоминает эти неизменные числа. А затем строит свою, более короткую цепь операций, которая воспроизводит нужную динамику, но с меньшим числом шагов. Меньше шагов — меньше мест, где шум может испортить картину.
На крошечных моделях — всего из нескольких частиц — такой подход показал себя отлично. Обученная схема сохраняла и неизменные величины, и подвижные параметры заметно ближе к идеалу, чем прямое моделирование с тем же уровнем помех. И, в отличие от других методов исправления ошибок, здесь не нужно запускать компьютер тысячи раз, чтобы усреднить результат. Достаточно один раз обучить короткую схему — и она работает как фильтр, отсеивающий треск.
Это похоже на умного переводчика, который слушает шумный разговор, улавливает ключевые фразы и пересказывает суть уже без помех. Пока метод опробован лишь на игрушечных задачах, но он прокладывает путь к тому, чтобы хрупкие квантовые машины справлялись с более серьёзными расчётами — от свойств материалов до поведения сложных молекул.
Квантовое схемное обучение напоминает, как ребёнок учится говорить: он не повторяет каждое слово взрослого, а схватывает грамматику и строит свои фразы — часто короче и без запинок.