Инженеры исследовательского подразделения компании IBM разработали архитектуру сверхпроводящего чипа для квантового компьютера, в котором решена проблема детекции внутренних ошибок. Масштабирование предложенной исследователями четырехкубитной схемы открывает возможности создания больших вычислительных систем. О разработке сообщает пресс-релиз на сайте IBM, а статья описывающая особенности функционирования чипа появилась в журнале Nature Communications.

Квантовый чип из четырех кубитов, представленный IBM. IBM Research

Сравнение сложности классического (фиолетовое) и квантового (черное) разложения на простые множители

В ряде вычислительных алгоритмов использование кубитов вместо битов позволяет значительно уменьшить сложность вычислений, классическим примером этого является алгоритм Шора. Он позволяет разложить натуральное число n на простые множители за время порядка полинома от lg (n), в отличие от классических алгоритмов, требующих времени порядка n^1/3. Эти вычисления актуальны для взлома шифрования RSA, использующего в качестве ключа произведение двух больших простых чисел. Их произведение является открытой частью ключа, но разложить его на множители — задача непосильная обычному компьютеру за разумное время.

Главной проблемой квантовых вычислений являются ошибки, возникающие в квантовых системах под действием различных факторов. Существует два вида таких ошибок: bit-flip, или смена бита (вызывает смену «0» и «1» в кубите) и phase flip — фазовый сбой, нарушающий суперпозицию состояний (изменяющий вероятность выпадения «0»). Ранее исследователи смогли создать устройство корректирующее смену бита на основе кубитов, расположенных в одну линию. Однако, по словам авторов работы, для обнаружения фазового сбоя необходимо, чтобы кубиты были размещены в двухмерном массиве. Это и удалось проделать инженерам IBM.

Архитектура чипа. Q – обозначения сверхпроводящих кубитов. IBM Research

Четыре кубита проверяют свое состояние следующим образом: они разбиты на пары, одна пара проверяет другую, причем первый кубит из пары проверяет на наличие фазового сбоя, а второй — на смену бита. Эта проверка осуществляется не нарушая квантового состояния системы. Задача, которую осталось решить инженерами, состоит в корректировке найденных ошибок. По словам директора института квантовых вычислений Университета Ватерлоо, Рэймонда Лафламма, это может быть сделано лишь на большей по размерам сетке кубитов.