Для более быстрых квантовых вычислений компания Microsoft создает лучшие кубиты

Google только что объявил о квантовом превосходстве, вехе, когда радикально отличающаяся природа квантового компьютера позволяет ему значительно опережать традиционную машину. Но Microsoft ожидает прогресса в своей собственной работе, перепроектировав основной элемент квантовых вычислений — кубит.

Microsoft работает над топологической технологией кубитов, которая, как она ожидает, обеспечит преимущества квантовых вычислительных технологий, которые сегодня в основном являются лишь обещанием. Проведя пять лет, выяснив сложное аппаратное обеспечение топологических кубитов, компания почти готова к их использованию, говорит Криста Свор (Krysta Svore), генеральный директор Microsoft по программной работе с квантовыми вычислениями.

«Мы действительно потратили последние несколько лет на разработку этой технологии», — сказал Свор после выступления на Международной конференции IEEE по перезагрузке компьютеров в четверг. «Мы считаем, что мы очень близки к тому, чтобы иметь это.»

Квантовые компьютеры сложны для понимания, сложны в сборке, эксплуатации и программировании. Поскольку они работают только при охлаждении до малой доли градуса выше абсолютного нуля — холоднее, чем в космосе — вряд ли у вас в ближайшее время появится квантовый ноутбук.

Однако их использование в центрах обработки данных, где клиенты могут получить к ним доступ, может принести огромную пользу, решая проблемы, с которыми классические компьютеры не могут справиться. В качестве примера Свор предлагает решение химических проблем, таких как более эффективное внесение удобрений, или маршрутизацию грузовиков для ускорения поставок и сокращения дорожного движения.

Классические компьютеры хранят данные как бит, представляющий собой либо 0, либо 1. Кубиты, однако, могут хранить комбинацию 0 и 1 одновременно через особый принцип квантовой физики, называемый суперпозицией. И могут быть собраны вместе через другое явление, называемое запутыванием. Все вместе эти явления должны позволить квантовым компьютерам исследовать огромное количество возможных решений проблемы в одно и то же время.

Одна из основных проблем квантовых вычислений заключается в том, что кубиты легко возмущаются. Поэтому сердце квантовых компьютеров размещается в рефрижераторных контейнерах размером с 55-галлонный барабан.

Однако даже при такой изоляции отдельные кубиты сегодня могут выполнять полезную работу только за доли секунды. Чтобы компенсировать это, проектировщики квантовых компьютеров планируют использовать технологию, называемую коррекцией ошибок, которая заключается в объединении многих кубитов в один эффективный кубит, называемый логическим кубитом. Идея заключается в том, что логические кубиты могут выполнять полезную работу, когда многие из лежащих в их основе физических кубитов заблудились. Основное преимущество топологического кубита Microsoft заключается в том, что для одного логического кубита требуется меньше физических кубитов, сказал Свор.

В частности, что для одного логического кубита потребуется от 10 до 100 физических кубитов с топологическими кубитами Microsoft. Это сравнимо с примерно 1000-20 000 физическими кубитами для других подходов.

«Мы считаем, что накладные расходы будут гораздо меньше», — сказала она. Это означает, что квантовые компьютеры станут практичными с гораздо меньшим количеством кубитов.

Для сравнения, квантовый вычислительный чип Google Sycamore использует 53 физических кубита. Для серьезной работы с квантовыми вычислениями исследователи надеются достичь уровня не менее миллиона кубитов.

Однако одним из недостатков топологического квита от Microsoft является то, что он пока недоступен. Альтернативные конструкции могут не сработать так хорошо, но сегодня они проходят испытания в реальных условиях.