Квантовые вычисления ускорились более чем в 1000 раз благодаря сокращению операций до одного цикла

Современные квантовые системы страдают от колоссальной чувствительности к погрешностям: электромагнитные помехи, тепловые флуктуации и фоновое излучение способны разрушить хрупкое состояние кубитов. Чем продолжительнее вычислительный процесс, тем выше вероятность деградации данных под воздействием внешних факторов. Исследователи из Технологического университета Чалмерса (Швеция) предложили технологию, ускоряющую исполнение ключевых квантовых алгоритмов более чем на три порядка.

В центре внимания научной группы оказались бозонные коды — технология кодирования данных не в одиночных кубитах, а в коллективных состояниях микроволнового поля внутри сверхпроводящих резонаторов. Этот подход считается перспективным направлением аппаратной защиты информации благодаря пассивной резистентности к ряду дестабилизирующих факторов. Тем не менее, манипуляции с такими структурами традиционно отличались громоздкостью и требовали тысяч последовательных микроопераций.

Коллектив под руководством Лея Ду (Lei Du) и Танъю Хуана (Tangyou Huang) совершил прорыв, отказавшись от итеративного синтеза квантовых состояний в пользу однотактового выполнения команд. Базой для разработки стали квантовые решётчатые вентили (quantum lattice gates) — инновационный универсальный инструментарий управления, недавно представленный теми же авторами. Синтез этих вентилей с методами Флоке-инженерии, предполагающей целенаправленное периодическое внешнее модулирование, позволил реализовать сложные преобразования буквально за один рабочий цикл.

Согласно теоретическим выкладкам, инновация способна кратно ускорить целый ряд базовых процедур. Сокращение окна уязвимости напрямую повышает стабильность и точность обработки данных, приближая создание полностью отказоустойчивых квантовых архитектур, способных функционировать в условиях неизбежного аппаратного шума.

Предложенная концепция оптимально адаптирована под сверхпроводниковую элементную базу и применима на существующем оборудовании без масштабной модернизации инфраструктуры. В настоящее время в стенах университета Чалмерса проектируется стокубитный сверхпроводниковый квантовый процессор, на базе которого исследователи планируют в ближайшее время протестировать разработку экспериментально.

Источник: iXBT