Сегодня 03 июня 2025
18+
MWC 2018 2018 Computex IFA 2018
реклама
Новости Hardware

Amazon собрала квантовый компьютер на кошачьих кубитах — его ошибки исправляют «кошки Шрёдингера»

Восприимчивость к помехам — это самое слабое место квантовых компьютеров. Для защиты от ошибок квантовых вычислений нельзя применить классические решения. На помощь приходят либо запредельная избыточность, либо изощрённые архитектуры. Amazon сделала ставку на второе, обещая проложить к путь к практичным квантовым платформам.

 Источник изображения: ИИ-генерация Grok 3/3DNews

Источник изображения: ИИ-генерация Grok 3/3DNews

В новой работе исследователи компании Amazon продемонстрировали сочетание отказоустойчивого оборудования и контура для исправления ошибок. По крайней мере, кубиты Amazon не требуют новой физики, как в случае новой устойчивой к ошибкам квантовой архитектуры Microsoft на майорановских фермионах. Проще говоря, Amazon использует проверенные временем решения в оригинальном исполнении, а у такого подхода есть понятные перспективы.

Квантовая вычислительная платформа Amazon для повышения стабильности квантовой информации — квантовых состояний кубитов — сочетает в себе два разных типа аппаратных кубитов. Идея заключается в том, что один тип кубитов устойчив к одному из типов ошибок, а второй можно использовать для реализации кода исправления остальных ошибок, который выявляет возникающие проблемы в вычислительной (алгоритмической) цепи. Демонстрация Amazon не могла похвастаться масштабом, однако на базовом уровне показала потенциальную правильность подхода.

В обычном компьютере возникает только один тип ошибок — это переключение бита, когда под воздействием обстоятельств 0 может стать 1 и наоборот. Как и в большинстве случаев, связанных с квантовыми вычислениями, с кубитами всё значительно сложнее. Поскольку они содержат не двоичные значения, а вероятности, то в случае ошибочного переключения кубита возвращение его истинного состояния будет представлять определённую сложность.

Но переключение битов — не единственная проблема, которая может возникнуть. Кубиты также могут страдать от так называемых ошибок перестановки фаз. В классических компьютерах им нет аналогов, но они также будут препятствовать нормальной работе квантовых компьютеров.

Ещё в 2021 году сотрудники Amazon показали, что могут быть созданы кубиты, которые чрезвычайно устойчивы к одному типу ошибок — к переключению бита. В новой работе эта концепция подтверждается и, по сути, становится базовой. Для этого используются так называемые кошачьи кубиты (Cat qubit). Название кубитам дано в честь кошки Шрёдингера, которая находится в состоянии суперпозиции.

По факту это групповое квантовое состояние, размазанное по нескольким элементарным частицам, в частности, по фотонам. Ошибочное переключение одного фотона в группе не влияет на квантовое состояние группы. Такой кубит условно не подвержен ошибкам переключения бита и о них как бы можно забыть, а значит архитектура вычислителя априори будет проще. Исправлять нужно будет уже не два, а только один тип ошибок, связанный с переключением фазы. Правда, чем больше фотонов в группе, тем выше вероятность ошибочного переключения фазы и при масштабировании платформы с этим тоже придётся что-то делать.

 Обнаружение и исправление ошибок фазового сдвига с помощью кода повторения

Обнаружение и исправление ошибок фазового сдвига с помощью кода повторения. Источник изображения: Nature

Именно из-за этих фазовых переворотов был введен второй набор кубитов, называемых трансмонами. Трансмоны — это широко используемый тип кубита, основанный на петле из сверхпроводящего провода, соединенной с микроволновым резонатором, и используемый такими компаниями, как IBM и Google. Сверхпроводящие трансмоны были использованы для связи кошачьих кубитов, что позволило команде создать логический кубит с исправлением ошибок, используя простой код исправления ошибок, называемый кодом повторения.

 Источник изображения: Nature 2025

Обнаружившие ошибки трансмоны выбросили красные флаги. Источник изображения: Nature

На представленной выше условной схеме каждый из кошачьих кубитов связан с соседним трансмоном. Это позволяет трансмонам отслеживать происходящее в кошачьих кубитах с помощью так называемых слабых измерений. Такие измерения не разрушают квантовое состояние, как при полном измерении, но позволяют обнаруживать изменения в соседних кошачьих кубитах и извлекать информацию, необходимую для исправления ошибок, если такие возникают.

Таким образом, сочетание этих двух методов означает, что почти все возникающие ошибки являются ошибками сдвига фаз, которые обнаруживаются и исправляются, ведь ошибок переключения бита в системе не должно возникать по определению, хотя на самом деле это не так. И всё же, в случае необходимости исправлять два типа ошибок одновременно, что было распространено до сих пор, для реализации каждого логического кубита требовалось очень много физических кубитов. В случае схемы Amazon предполагается, что исправлять придётся всего один тип ошибок, и на каждый логический кубит пойдёт ощутимо меньше физических кубитов.

В проведённом исследовании Amazon показала, что при сравнении цепочки из трёх кошачьих кубитов и двух трансмонов с цепочкой из пяти кошачьих кубитов и четырёх трансмонов частота ошибок уменьшилась при усложнении архитектуры. Для типичных квантовых систем обычно всё происходит наоборот — чем больше кубитов, тем выше частота появления ошибок, по крайней мере на больших масштабах. Тем самым Amazon заявляет о преимуществах своего подхода, который позволит наращивать число физических и логических кубитов и сдерживать вероятность нарастания ошибок вычислений.

На самом деле всё намного сложнее. Сами трансмоны подвержены обоим типам ошибок и сбой одного из них обрушит всё вычисление. Также кошачьи кубиты не могут похвастаться полным отсутствием ошибок переключения бита, и в случае появления такой ошибки вычисления также не будут иметь смысла. Однако предложенная Amazon идея имеет потенциал и право на дальнейшую разработку.

Источник:

Если вы заметили ошибку — выделите ее мышью и нажмите CTRL+ENTER.
Материалы по теме

window-new
Soft
Hard
Тренды 🔥
Скорость распространения Windows 11 замедлилась 17 мин.
На МКС заработает российский ИИ — осенью там запустят GigaChat «Сбера» 2 ч.
Разработчик-одиночка анонсировал «Знамя победы» — гибрид стратегии и экшена на полях сражений Второй мировой войны 3 ч.
Рынок российского инфраструктурного ПО достиг уровня 2021 года 3 ч.
МТС Web Services запустила собственную публичную облачную платформу 3 ч.
Windows 11 перестанет навязывать Edge в качестве браузера по умолчанию — но не для всех 4 ч.
Resident Evil 9 не заставит себя долго ждать — сразу три инсайдера подтвердили скорый анонс от Capcom 5 ч.
«Мы бесконечно признательны»: продажи Elden Ring Nightreign взяли новую высоту, а обзоры игры в Steam стали «в основном положительными» 6 ч.
Благодаря ИИ Microsoft из отстающих вышли в лидеры по темпам роста своих акций 6 ч.
Microsoft продолжила массовые увольнения, несмотря на сокращение 7000 сотрудников в мае 6 ч.
NAACP призывает закрыть ЦОД xAI в Мемфисе из-за загрязнений воздуха газовыми турбинами 2 мин.
MSI представила очень компактную GeForce RTX 5060 8G Inspire ITX — у неё всего один вентилятор 2 мин.
США отсрочили подорожание видеокарт — повышение пошлин на китайские комплектующие отложено до 31 августа 15 мин.
XFX выпустит 12 вариантов Radeon RX 9060 XT — все с одинаковым разгоном GPU 2 ч.
OpenAI и Nvidia заработают миллиарды на Ближнем Востоке — но главный выигрыш достанется США 2 ч.
Электромобильный бизнес Xiaomi станет прибыльным благодаря новому YU7, надеется основатель компании 2 ч.
Applied Digital сдаст CoreWeave 250-МВт ЦОД в Северной Дакоте на 15 лет за $7 млрд 3 ч.
iPhone 16e попал в топ-10 популярных смартфонов в Европе сразу после выхода, но iPhone SE дебютировали лучше 3 ч.
Серийное производство базовых станций 4G в России начнётся в этом году, пообещали в «Ростехе» 3 ч.
xAI Илона Маска намерена привлечь ещё $5,3 млрд инвестиций при оценке в $113 млрд 4 ч.