Это материал изгида Квантовыйкомпьютер. Партнер гидаАкадемия
Росатома.Что это?График, на котором показано влияние числа кубитов
и уровня ошибок при вычислениях на производительность квантового
компьютера. Этот показатель называется квантовым объемом и
представляет собой произведение числа кубитов на число операций,
которые возможно осуществить за определенный промежуток времени.В
современных квантовых компьютерах этот промежуток, называемый
временем когерентности, все еще недостаточно велик. Это обусловлено
тем, что кубиты крайне сложно полностью изолировать от окружения.
Они неизбежно будут с чем-то взаимодействовать и поэтому будут
терять заданное квантовое состояние. Этот процесс называется
декогеренцией, и он ведет к росту ошибок вычислений в ходе работы
компьютера. Из-за этого очень сложно заставить систему из большого
числа кубитов работать слаженно. Создать процессор на базе 1000
кубитов не проблема, но сейчас нет никакого способа сделать эту
систему устойчивой, чтобы она успела выполнить какое-то
значительное количество операций до полной потери
когерентности.Именно эту особенность работы квантовых компьютеров и
отражает квантовый объем. Из графика видно, что увеличение числа
кубитов практически не ведет к увеличению квантового объема при
уровне ошибок 0,01. Это значит, что когерентность кубитов в такой
системе будет недостаточна высока и в процессе работы будет
теряться очень много информации. Поэтому на данном этапе развития
технологий 50 кубитов не всегда оказываются производительнее 5.
Однако по мере устранения ошибоквклад каждого кубита в квантовый
объем будет очень сильно возрастать. Система из 200 кубитов с
уровнем ошибок 0,00001 будет несоизмеримо производительнее такой же
системы с уровнем ошибок 0,01. Проблема заключается в том, что на
данный момент такая точность недостижима даже для систем с очень
малым числом кубитов.Чем это интересно для науки?За всю историю
квантовых вычислений была проделана огромная работа по увеличению
квантового объема. Первые кубиты жили всего лишь 12 наносекунды, то
есть одну миллиардную часть секунды. Сейчас же времена
когерентности составляют доли миллисекунд в сотни тысяч раз
больше.Существует несколько подходов, которые позволили бы еще
больше увеличить квантовый объем. Во-первых, к работе квантовых
компьютеров можно применить коды коррекции ошибок. Теоретически
несколько физических кубитов можно кодировать как один логический
кубит, обладающий большой избыточностью. В таком случае, если
что-то произойдет с парой кубитов, остальные все равно сохранят
работоспособность. Во-вторых, есть способы уменьшить влияние потери
когерентности на скорость вычислений и количество ошибок. Этот
метод называют подавлением ошибок, и он может быть реализован путем
создания алгоритмов постобработки результатов квантовых вычислений.
Наконец, большие плоды может принести разработка квантовых
компьютеров, основанных не на сверхпроводящих кубитах, а на атомах,
ионах и фотонах. Такие кубиты меньше взаимодействуют со средой и по
умолчанию обладают более высокой когерентностью.Почему это важно
знать?Прогресс человечества в области создания квантовых
компьютеров напрямую зависит от того, насколько стабильно будет
происходить увеличение квантового объема. Если ученым удастся
поддерживать высокие темпы увеличения производительности, то уже
через десятилетие у них будут квантовые компьютеры, способные, к
примеру, поддерживать обучение нейронных сетей с несколькими
триллионами параметров и создавать модели очень сложных химических
соединений.
