Американські дослідники провели незвичайний експеримент із квантовим комп’ютером і продемонстрували, що хаотичну поведінку великої системи кубітів можна контролювати без зупинення її роботи. Результати відкривають нові перспективи для створення потужніших обчислювальних пристроїв, здатних у майбутньому самостійно виявляти та виправляти помилки
Фото: chatgpt.com
Чому квантові комп’ютери працюють нестабільно
На відміну від звичайних комп’ютерів, які оперують бітами зі значеннями 0 або 1, квантові пристрої використовують кубіти.
Завдяки явищу суперпозиції кубіт може перебувати у квантовому стані, який описується поєднанням двох базових станів. Це відкриває можливості для обчислень, які надзвичайно складно виконувати традиційними методами.
Однак така перевага супроводжується серйозною проблемою.
Квантові стани дуже чутливі до зовнішніх впливів. Навіть незначні температурні коливання, електромагнітні перешкоди або неточності керування можуть спричиняти помилки.
У міру збільшення кількості кубітів контролювати систему стає дедалі складніше.
Саме тому створення квантового комп’ютера, здатного стабільно виконувати тривалі обчислення, залишається одним із головних завдань сучасної фізики.
Читайте також: Учені створили чип, який «затримує» світло для квантових обчислень
Як ученим вдалося приборкати хаос
Для експерименту дослідники використали квантовий процесор IBM Heron, який містить 156 кубітів.
Із них науковці залучили до 100 кубітів, об’єднаних у послідовну систему.
Комп’ютеру доручили почергово виконувати два типи операцій.
Перший перемішував квантову інформацію між сусідніми кубітами, поступово створюючи хаотичний стан.
Другий передбачав перевірку окремих кубітів та їхнє повернення до заданих станів. Завдяки цьому дослідники могли протидіяти поширенню хаосу.
Загалом система виконала майже 5 000 операцій взаємодії між парами кубітів і приблизно стільки ж вимірювань та скидань станів.
Найцікавіше, що комп’ютер здійснював ці дії під час роботи, без необхідності повністю зупиняти експеримент.
Дослідники встановили незвичайну закономірність.
Коли операції перемішування відбувалися більш ніж у половині випадків, хаос переважав. Проте щойно перевірки та скидання станів ставали частішими, система переходила до впорядкованої поведінки.
Приблизно на межі 50 на 50 навіть невелика зміна співвідношення операцій могла різко змінити стан усієї системи.
У фізиці такий перехід називають фазовим — подібно до того, як вода за певних умов перетворюється на лід.
Що це означає для майбутніх комп’ютерів
За словами професора Ратгерського університету Джедедає Пікслі, результати стали важливим кроком до створення відмовостійких квантових комп’ютерів.
Такі пристрої повинні вміти виявляти й виправляти помилки, не втрачаючи інформацію та не перериваючи обчислення.
Водночас проведений експеримент ще не означає, що вчені створили повноцінний механізм автоматичного виправлення помилок.
Наразі їм вдалося продемонструвати масштабне керування квантовими станами та підтвердити теоретичну модель переходу від хаосу до порядку.
Особливо важливо, що дослідники перевірили закономірність на системі зі 100 кубітів, тоді як звичайні комп’ютери дозволяли їм безпосередньо моделювати аналогічну поведінку приблизно двох десятків кубітів.
Отже, новий експеримент показав, що складні квантові системи можна стабілізувати за допомогою повторюваних вимірювань і керувальних операцій. У перспективі такі технології можуть допомогти створити надійні квантові комп’ютери для моделювання молекул, пошуку нових матеріалів і розв’язання задач, недоступних сучасним обчислювальним системам.
Ознайомтеся з іншими популярними матеріалами:
Учені змусили алмаз рухатися за допомогою невидимої сили
Учені змусили «порожнечу» посилити надпровідність
Учені створили антену, схожу на світловий меч
Джерело: Ратгерський університет.
Telegram 
Viber 
