«Кот Шредингера» может помочь улучшить квантовые компьютеры — открытие в физике

Квантовые компьютеры — это устройства, которые работают на законах квантовой физики, позволяя решать задачи, недоступные обычным компьютерам. Но у них есть проблема: они часто ошибаются из-за своей хрупкости. Чтобы исправить ошибки, обычно требуется много дополнительных деталей, что делает такие компьютеры сложными и дорогими.

Команда из Amazon Web Services нашла способ упростить это, вдохновившись знаменитым мысленным экспериментом с «котом Шредингера». Результаты опубликованы в журнале Nature.

Что за «кот Шредингера»?

Мысленный эксперимент: кот в коробке может быть одновременно живым и мертвым. Пока вы не откроете коробку и не посмотрите, вы не знаете наверняка состояние кота. В квантовом мире это означает, что частицы могут находиться в нескольких состояниях сразу. Ученые использовали эту идею, чтобы создать специальные квантовые биты — «бозонные кошачьи кубиты».

Что такое кубиты и почему они важны?

Кубиты — это квантовые аналоги обычных битов (0 или 1) в компьютерах. Но, в отличие от битов, благодаря квантовым свойствам кубиты могут быть одновременно и 0, и 1. Это делает квантовые компьютеры мощными, но и уязвимыми к ошибкам.

Есть два главных типа ошибок:

• Бит-флип: состояние кубита меняется с 0 на 1 или наоборот. Например, как если бы ваш телефон вместо «да» написал «нет».
• Фаз-флип: более сложная ошибка, связанная с квантовыми состояниями. Представьте, что сигнал «да» искажается так, что его трудно понять, хотя он полностью не превращается в «нет».

Обычно для защиты от этих ошибок добавляют много дополнительных кубитов, что усложняет систему.

Чем особенны «кошачьи кубиты»?

Что показали в эксперименте?

Исследователи собрали устройство с пятью «кошачьими» кубитами. Без коррекции ошибок было 1,75% на цикл, а с коррекцией — 1,65%.

Улучшение кажется небольшим, но важно другое: раньше для такого результата требовались десятки дополнительных кубитов, а тут обошлись всего пятью. Это как если бы вы починили очень дорогу машину с помощью одной детали вместо целого ящика запчастей. Чтобы создать даже 1 кубит, требуется много времени, денег и огромной вычислительной мощности.

Почему это важно?

Это открытие показывает, что квантовые компьютеры можно сделать проще и дешевле. Вместо громоздких систем с кучей деталей можно использовать умные квантовые идеи, чтобы снизить ошибки. Ученые считают, что такие кубиты можно масштабировать, но нужно еще поработать над их точностью для реальных задач.

Квантовые компьютеры могут ускорить разработку лекарств, шифрование данных или моделирование сложных систем для покорения космоса. «Кошачьи кубиты» — это большой шаг, для перехода от первых огромных компьютеров к современным ноутбукам, но только в квантовом мире.