Исследователи из Silicon Quantum Computing (SQC) представили новый квантовый вычислительный чип, демонстрирующий беспрецедентную точность, что является значительным шагом к практическим квантовым вычислениям. Достижение основано на новой кремниевой архитектуре под названием «14/15», которая использует уникальные свойства атомов фосфора, внедрённых в кремниевые пластины. Этот подход обходит проблемы, с которыми сталкиваются другие квантовые платформы, такие как сверхпроводящие или ионные ловушки, за счёт минимизации ошибок на фундаментальном уровне кубита.
Архитектура 14/15: Новый Подход к Стабильности Кубитов
Основная инновация заключается в точности изготовления этих кубитов. В отличие от традиционного производства кремниевых чипов, процесс SQC создаёт кубиты в атомном масштабе – с размером элемента всего 0,13 нанометра. Этот уровень точности значительно снижает нестабильность и ошибки, преследующие другие системы, где кубиты более восприимчивы к внешним воздействиям.
Ключевое преимущество – эффективность: поскольку ошибок возникает меньше, требуется меньше ресурсов для коррекции ошибок. Это приводит к более оптимизированной и масштабируемой системе.
Рекордные Показатели Надежности
Чип SQC продемонстрировал показатели надежности от 99,5% до 99,99% в девяти-ядерном и двух-атомном кубитном компьютере. Эти результаты, опубликованные в журнале Nature 17 декабря, представляют собой первое успешное доказательство атомных кремниевых квантовых вычислений в отдельных кластерах. Показатели надежности измеряют эффективность методов коррекции ошибок, и цифры SQC являются передовыми для её архитектуры.
Хотя другие проекты могут похвастаться большим количеством кубитов, подход SQC фокусируется на качестве, а не на количестве. Это связано с тем, что масштабируемость встроена в конструкцию: архитектура 14/15 теоретически позволяет использовать миллионы функциональных кубитов без экспоненциального роста ошибок, наблюдаемого на конкурирующих платформах.
Почему Это Важно: Гонка к Устойчивости к Ошибкам
Квантовые вычисления полагаются на поддержание хрупких квантовых состояний (суперпозиции) достаточно долго для выполнения вычислений. Ошибки неизбежно возникают из-за внешнего шума, что приводит к разрушению кубитов и потере информации. Именно поэтому коррекция ошибок имеет решающее значение, но она требует затрат: выделение дополнительных кубитов для проверки и устранения ошибок.
Архитектура SQC минимизирует эти ошибки в источнике, уменьшая потребность в обширной коррекции ошибок. Это меняет правила игры, поскольку с увеличением количества кубитов растёт и накладная стоимость, необходимая для коррекции ошибок. Снижая базовый уровень ошибок, SQC уменьшает эту нагрузку, делая крупномасштабные квантовые компьютеры более осуществимыми.
Превосходящий Эталон: Алгоритм Гровера
Отраслевым стандартом для тестирования производительности квантовых вычислений является алгоритм Гровера – поисковая функция, предназначенная для демонстрации квантового преимущества перед классическими компьютерами. SQC достигла надежности 98,9% в алгоритме Гровера без коррекции ошибок – превзойдя результаты IBM и Google, которые по-прежнему полагаются на смягчение ошибок, даже при большем количестве кубитов.
Это указывает на то, что кубиты SQC по своей природе более стабильны и требуют меньше вычислительной мощности для поддержания когерентности. Несмотря на то, что инфраструктурные проблемы остаются, команда считает, что их платформа готова к масштабированию до миллионов кубитов при минимизации энергопотребления и физического размера системы.
Разработка этого чипа – решающий шаг к превращению квантовых вычислений из теоретической возможности в реальность. Приоритетом является точность, а не грубое масштабирование количества кубитов, SQC прокладывает путь к отказоустойчивым QPU, которые могут произвести революцию в таких областях, как медицина, материаловедение и искусственный интеллект.
