Дослідники з Silicon Quantum Computing (SQC) представили новий чіп квантового обчислення, який демонструє безпрецедентну точність, що є значним кроком на шляху до практичних квантових обчислень. Досягнення засноване на новій кремнієвій архітектурі під назвою «14/15», яка використовує переваги унікальних властивостей атомів фосфору, вбудованих у кремнієві пластини. Цей підхід дозволяє уникнути проблем, з якими стикаються інші квантові платформи, такі як надпровідні або іонні пастки, мінімізуючи помилки на фундаментальному рівні кубіта.
Архітектура 14/15: новий підхід до стабільності кубіту
Головна інновація полягає в точності виготовлення цих кубітів. На відміну від традиційного виробництва кремнієвих чіпів, процес SQC створює кубіти в атомному масштабі з розмірами елементів лише 0,13 нанометра. Такий рівень точності значно зменшує нестабільність і помилки, які переслідують інші системи, де кубіти більш сприйнятливі до зовнішнього впливу.
Основною перевагою є ефективність: оскільки виникає менше помилок, для виправлення помилок потрібно менше ресурсів. Це призводить до більш оптимізованої та масштабованої системи.
Показники надійності запису
Чіп SQC продемонстрував показники надійності в діапазоні від 99,5% до 99,99% у дев’ятиядерному та двоатомному кубітному комп’ютері. Ці результати, опубліковані в журналі Nature 17 грудня, є першим успішним доказом квантових обчислень атомного кремнію в окремих кластерах. Показники надійності вимірюють ефективність методів виправлення помилок, а показники SQC є найсучаснішими для його архітектури.
Хоча інші проекти можуть похвалитися великою кількістю кубітів, підхід SQC зосереджується на якості, а не на кількості. Це пояснюється тим, що масштабованість вбудована в дизайн: архітектура 14/15 теоретично дозволяє використовувати мільйони функціональних кубітів без експоненціального зростання помилок, що спостерігається на конкуруючих платформах.
Чому це важливо: стійкість до помилок
Квантові обчислення ґрунтуються на збереженні крихких квантових станів (суперпозиції) достатньо довго для виконання обчислень. Помилки неминуче виникають через зовнішній шум, який призводить до руйнування кубітів і втрати інформації. Ось чому виправлення помилок має вирішальне значення, але це коштує: виділення додаткових кубітів для перевірки та виправлення помилок.
Архітектура SQC мінімізує ці помилки в джерелі, зменшуючи потребу в масштабному виправленні помилок. Це змінює правила гри, оскільки зі збільшенням кількості кубітів зростають і накладні витрати, необхідні для виправлення помилок. Знижуючи базову частоту помилок, SQC зменшує цей тягар, роблячи великомасштабні квантові комп’ютери більш здійсненними.
Покращений тест: Алгоритм Гровера
Галузевим стандартом для тестування продуктивності квантових обчислень є алгоритм Гровера, функція пошуку, призначена для демонстрації квантової переваги над класичними комп’ютерами. SQC досягла 98,9% надійності в алгоритмі Гровера без виправлення помилок, перевершивши результати IBM і Google, які все ще покладаються на пом’якшення помилок, навіть із більшою кількістю кубітів.
Це вказує на те, що кубіти SQC за своєю суттю більш стабільні та потребують меншої обчислювальної потужності для підтримки когерентності. Незважаючи на те, що проблеми з інфраструктурою залишаються, команда вважає, що їхня платформа готова до масштабування до мільйонів кубітів, мінімізуючи енергоспоживання та фізичний розмір системи.
Розробка цього чіпа є критично важливим кроком до перетворення квантових обчислень із теоретичної можливості в реальність. Віддаючи пріоритет точності, а не грубому масштабуванню кількості кубітів, SQC прокладає шлях до відмовостійких QPU, які можуть революціонізувати такі галузі, як медицина, матеріалознавство та штучний інтелект.
