Спір щодо чорничного морозива допоміг вченим наблизитися до відмовостійкого квантового комп'ютера

Дослідники з американського Університету Рутгерса, компанії IBM та ряду інших наукових організацій продемонстрували метод, що дозволяє квантовому комп'ютеру самостійно відстежувати та виправляти помилки прямо під час роботи, не зупиняючи обчислення. Це схоже на те, якби автомобіль міг змінювати пробите колесо, продовжуючи їхати трасою на високій швидкості.

Джерело зображення: eurekalert.org

Звичайні споживчі комп'ютери працюють з бітами — одиницями та нулями. Квантові машини використовують кубіти, які можуть перебувати в кількох станах одночасно. Ця особливість надає їм колосальні обчислювальні можливості для вирішення складних завдань, наприклад, створення нових ліків. Однак існує проблема: кубіти неймовірно примхливі. Найменший шум, зміна температури або електромагнітні хвилі можуть порушити їхній стан, перетворивши точні обчислення на безглуздий хаос.

Досі головною мрією інженерів було створення відмовостійкого квантового комп'ютера, тобто пристрою, який не боїться збоїв. У новій роботі, опублікованій у журналі Nature Physics, дослідники показали, що це можливо. Вони використали один з найпотужніших сучасних чіпів IBM Quantum Heron, що містить 156 кубітів, і задіяли ланцюг з 100 кубітів, запрограмувавши систему на чергування двох конкурентних завдань.

Далі система постійно «перемішувала» інформацію між кубітами, навмисно створюючи безлад, і одночасно перевіряла їхній стан, відновлюючи порядок. Можна провести аналогію з кімнатою, де предмети постійно змінюють місця (хаос), а спеціальний контролер періодично розставляє їх за заданими місцями (порядок).

В результаті з'ясувалося, що все залежить від частоти втручань. Якщо перевірок було мало, хаос перемагав. Але коли система почала досить часто перевіряти та скидувати кубіти, стався несподіваний ефект. Вся група з сотні кубітів раптом синхронно перейшла з стану безладу в стабільний, контрольований стан. Фізики називають такий різкий стрибок фазовим переходом — тим же терміном позначають, наприклад, перетворення води в лід.

«Це була справжня перевірка теорії на практиці, — зазначає Джедедія Пікслі, професор фізики з Рутгерса та один з авторів дослідження. — Нам потрібно було робити ці перевірки не один раз, а тисячі разів підряд, поки машина працює. І апаратне забезпечення впоралося».

Історія цього відкриття почалася з дружнього спору. У 2021 році на дні народження дружини Пікслі його колега Срірам Ганешан посперечався, що дивний квантовий ефект можна пояснити законами звичайної фізики. Програвший повинен був пригостити переможця чорничним морозивом. Пікслі програв, але в результаті цей спір призвів до створення нової теорії, яку потім допомогли перевірити фахівці IBM.

Тепер вчені впевнені, що знайшли ключ до управління квантовим хаосом. Хоча до появи повноцінних квантових комп'ютерів, здатних вирішувати завдання, недоступні сьогодні жодній іншій машині, ще далеко, цей експеримент показав, що шлях до їх створення відкритий.

Хочеш дізнатися більше — читай відгуки