Квантовые компьютеры могут превзойти классические в решении практических задач в течение двух лет
Квантовые компьютеры могут превзойти классические в решении практических задач в течение двух лет, показывает недавний эксперимент IBM/
В сследовании, описанном в журнале Nature, ученые использовали Eagle, квантовый компьютер IBM, для моделирования магнитных свойств реального материала. Он сделал это быстрее, чем классический компьютер. Успех был достигнут с помощью специального процесса уменьшения ошибок, который компенсировал фундаментальную слабость квантовых компьютеров.
Традиционные компьютеры на основе кремниевых микросхем полагаются на «биты», которые могут принимать только одно из двух значений: 0 или 1. В квантовых компьютерах используются квантовые биты (кубиты), которые могут принимать множество состояний одновременно. Кубиты основаны на квантовых явлениях: суперпозиции, когда частица может существовать в нескольких состояниях одновременно, и квантовой запутанности, при которой состояния удаленных частиц могут быть связаны так, что изменение одного мгновенно изменяет другое. Теоретически это позволяет кубитам производить вычисления намного быстрее, чем цифровым битам.
Но у квантовых компьютеров есть ахиллесова пята: квантовые состояния кубитов невероятно хрупки, и даже малейшее влияние внешней среды может испортить их — и, следовательно, информацию, которую они несут, — навсегда. Это делает квантовые компьютеры очень подверженными ошибкам, или «шуму».
В новом эксперименте суперкомпьютер Eagle с 127 кубитами (на сверхпроводящих цепях) рассчитал полное магнитное состояние твердого тела толщиной в один атом. Затем исследователи тщательно измерили шум в каждом из кубитов. Оказалось, что некоторые факторы, например, дефекты материала суперкомпьютера, могут надежно предсказать шум, каждого кубита. Затем команда использовала эти прогнозы для моделирования того, как результаты выглядели бы без этого шума. Таким образом, получились «чистые» данные, без ошибок.
Заявления о квантовом превосходстве появлялись и раньше: в 2019 году ученые Google заявили, что их квантовый компьютер Sycamore за 200 секунд решил задачу, на решение которой обычному компьютеру потребовалось бы 10 000 лет. Но решаемая им проблема — по сути, выплевывание огромного списка случайных чисел и последующая проверка их точности — не имела практического применения. Напротив, новая демонстрация IBM относится к реальной, хотя и сильно упрощенной, физической проблеме.