Китайские ученые приблизились к решению главной проблемы квантовых компьютеров

Квантовые компьютеры уже много лет называют “компьютерами будущего”, но начать их реально применять мешает одно ограничение: кубиты слишком хрупкие. Любой лишний шум, микроскопическая ошибка ^[1] в управлении или тепловое колебание — и хрупкое квантовое состояние распадается. Команда китайских физиков под руководством Пань Цзяньвэя сообщила ^[2] о важном эксперименте: на сверхпроводниковом процессоре Zuchongzhi 2 им удалось реализовать новый тип устойчивых квантовых состояний, которые теоретически могут стать основой стабильных кубитов.

В современных квантовых компьютерах проблема нестабильности кубитов обычно решается грубой силой: строятся сложные схемы коррекции ошибок, где один логический кубит формируется из десятков и сотен физических, а специальные алгоритмы постоянно измеряют, где именно произошёл сбой, и исправляют его. Это работает, но цена — чудовищный перерасход ресурсов и крайне сложная инженерия.

Китайские исследователи пошли по другой линии — так называемой топологической защиты. Они взяли двумерный сверхпроводниковый чип на 36 кубитах и построили на нем модель особой квантовой фазы, существующей только вдали от равновесия и только в такой решетке. В углах такой решетки возникают устойчивые квантовые моды, которые труднее разрушить локальными возмущениями. Команда Пань задала процессору сложную периодическую последовательность управляющих импульсов, заставив систему переходить в эту фазу, а затем показала по измерениям, что угловые состояния действительно ведут себя заметно устойчивее, чем обычные локальные.

Этот подход не возникает в пустом месте. Похожую топологическую физику уже имитировали в фотонных кристаллах, акустических и механических метаматериалах, а другие группы пытаются построить “естественно защищенные” кубиты на майорановских квазичастицах и неабелевых анионах. Но работа Пань Цзяньвэя важна тем, что объединяет две линии: это не красивая игрушка на классической волновой системе, а именно квантовый процессор с программируемым управлением, на котором показана сложная топологическая фаза с угловыми модами.

Говорить о полном решении проблемы неустойчивости кубитов, конечно, рано: масштаб эксперимента невелик, поэтому путь от такой демонстрации до промышленного устройства может занять годы — и это в том случае, если при наращивании количества кубитов не всплывут неизвестные ученым проблемы. Но подобные работы расширяют набор архитектур, из которых завтра будут выбирать инженеры. Для Китая это еще и политический сигнал: страна не только наращивает число кубитов, но и показывает, что ее наука ^[3] способна улучшать саму физическую основу квантовых вычислений. Если команде Пань Цзяньвэя получится масштабировать свою архитектуру до работающего процессора, то Китай получит ускорение во множестве областей: от создания новых материалов до ускорения тренировки моделей искусственного интеллекта ^[4].

P.S. Поддержать меня можно подпиской на канал “сбежавшая нейросеть ^[5]“, где я рассказываю про ИИ с творческой стороны.