Квантовые биты, или кубиты выполняют одновременно две функции — выступают в качестве вычислительной единицы и памяти. Поскольку квантовую информацию нельзя скопировать, ее невозможно сохранить в памяти, как в классическом компьютере. Из-за этого ограничения все кубиты должны иметь возможность взаимодействовать друг с другом. Это требование мешает появлению мощных квантовых машин.

В 2015 году физик-теоретик Вольфганг Лехнер вместе с Филиппом Хауке и Петером Цоллером предложили новую архитектуру квантовых компьютеров, которая была названа в их честь «архитектурой LHZ». Она была разработана для оптимизации этих вычислительных машин. Физические кубиты в этой архитектуре не представляют отдельные биты, а кодируют их относительное согласование. Это значит, что теперь не всем кубитам требуется вступать во взаимодействие друг с другом, пояснил Лехнер. Вместе со своей командой он показал, что эта концепция четности также применима к универсальному квантовому компьютеру, пишет Phys.org.

«Существующие квантовые компьютеры уже очень неплохо работают с такими операциями в малом масштабе, — сказал Михаэль Фельнер, один из исследователей. — Однако, при увеличении количества кубитов внедрять такие логические операции становится все сложнее».

В двух публикациях австрийские ученые показали, что новая архитектура позволяет, к примеру, выполнять квантовые преобразования Фурье — фундаментальный элемент множества квантовых алгоритмов — существенно быстрее. «Высокий параллелизм нашей архитектуры означает, что, например, хорошо известный алгоритм Шора для факторизации может выполняться крайне эффективно», — сказал Фельнер.

Новая идея позволяет также эффективно проводить коррекцию ошибок. Обычно на защиту квантовой информации от помех выделяются серьезные ресурсы, из-за чего требования к количеству кубитов всей системы заметно возрастает. Предложенная модель осуществляет двухэтапную коррекцию ошибок при этом один тип ошибок предотвращается аппаратным обеспечением, а другой исправляется программными методами. Это позволит в будущем создать универсальные квантовые компьютеры нового поколения.

Исследователи из компании D-Wave Systems и различных научных центров Канады, США и Японии впервые провели симуляцию квантового фазового перехода в программируемой одномерной модели Изинга сразу на 2000 кубитов. Поводя подобные эксперименты, ученые пытаются реалистично оценить возможности этой технологии в контексте ближайшего будущего.