Квантовый компьютер похож на оркестр, где каждый музыкант — кубит — играет свою партию, но то и дело сбивается. Чтобы музыка не превратилась в какофонию, нужен дирижёр, который мгновенно слышит фальшивые ноты и поправляет их. В науке эту роль выполняет декодер — программа, которая по косвенным признакам (синдрому ошибок) угадывает, какой кубит сфальшивил, и возвращает его в строй.
Беда в том, что связи между кубитами напоминают густую паутину: ошибка в одном месте тянет за собой целую цепочку подозрений. Традиционные декодеры блуждают по этой паутине, перебирая варианты, и часто застревают. Авторы новой работы пошли на неожиданный шаг — они не стали распутывать паутину целиком, а разорвали её на множество маленьких «деревьев» (Таннеровых лесов), в каждом из которых связи обрезаны почти до предела. Затем на каждом таком деревце, как на упрощённой карте, быстрый алгоритм делает точный вывод — где именно произошёл сбой.
В тестах на типичных квантовых кодах метод показал точность на уровне лучших современных решений, но при этом работал в сотни раз быстрее. Если обычный декодер тратит на раунд исправления ошибок время, сопоставимое с длительностью самой квантовой операции, то новый справляется за тысячные доли этого срока. Это как перейти от ручной ретуши каждого кадра киноплёнки к потоковой обработке видео в реальном времени — квантовый компьютер наконец-то может исправлять ошибки, не замедляя вычисления.
Синдром ошибки в квантовом коде — это не сам сбой, а лишь его «тень»: набор классических битов, который говорит, что что-то пошло не так, но не указывает точно, где именно. Декодеру приходится играть в детектива по косвенным уликам.