Современные квантовые компьютеры чрезвычайно подвержены помехам и не способны корректно работать без методов исправления ошибок. Кроме того, это значит, что время когерентности — сколько кубит может оставаться в суперпозиции, чтобы проводить вычисления — все еще недостаточное. Такая высокая чувствительность к помехам является главным барьером для масштабирования этих компьютеров. Поэтому прорыв ученых Google означает, что ошибки в квантовом компьютере будут снижаться в геометрической прогрессии, по мере добавления физических кубитов.

Специалисты компании применили технологию логических кубитов, носителей квантовой информации, пойманных внутрь решетки из физических кубитов. Все физические кубиты в одном логическом кубите являются носителями одних и тех же данных. Другими словами, если работа одного из кубитов будет нарушена, вычисления продолжатся, пишет Nature.

Для создания достаточно надежной системы кубитов ученые предприняли несколько шагов:  улучшили калибровочные протоколы, методы машинного обучения по идентификации ошибок и технологии изготовления устройств. Что важнее, они повысили время когерентности, сохранив способность настройки физических кубитов для наилучшей произоводительности.

«То, что мы смогли сделать в области коррекции квантовых ошибок, очень важное достижение — для научного сообщества и для будущего квантовых вычислений. Теперь мы можем сделать систему, которая работает ниже порога исправления квантовых ошибок», — сказал Джулиан Келли, директор Google Quantum AI.

Есть система остается ниже этого порога, можно увеличивать количество кубитов у квантовых компьютеров, а ошибки продолжат сокращаться, пояснил он. Над решением этой задачи ученые бились на протяжении последних 30 лет, когда ее поставил в середине 90-х Питер Шор.

Испытания процессора Willow на стандартом тесте на выборку случайных целей (RCS) показали, что квантовый компьютер за пять минут выполняет вычисления, на которые у самого быстрого суперкомпьютера ушло бы 10 септильонов лет. Это почти в квадрильон раз больше возраста Вселенной.

Также первая версия Willow может достигать времени когерентности почти в 100 микросекунд. Это в пять раз лучше, чем квантовый процессор Sycamore той же компании, который достиг квантового превосходства в 2019 году.

Следующая цель команды Келли — продемонстрировать практическую пользу современных квантовых процессоров.

На днях китайские компании представили новый квантовый компьютер Tianyan-504, оснащённый сверхпроводниковым 504-кубитным чипом Xiaohong. Это рекорд для Китая по количеству кубитов в сверхпроводящем квантовом чипе.