Kvantové počítače o krok blíž: Nový kód IQM snižuje chybovost tisíckrát a potřebuje 8x méně qubitů

Společnost IQM Quantum Computers vyvinula nový kód pro opravu kvantových chyb, který slibuje snížení míry logických chyb až tisíckrát ve srovnání s běžně používaným povrchovým kódem. Zároveň vyžaduje až osmkrát méně fyzických qubitů.

Společnost IQM Quantum Computers vyvinula nový kód pro opravu kvantových chyb, který slibuje snížení míry logických chyb až tisíckrát ve srovnání s běžně používaným povrchovým kódem. Zároveň vyžaduje až osmkrát méně fyzických qubitů. Tento přístup, nazvaný „barbell kódy“, by mohl pomoci vyřešit jednu z největších výzev, kterým čelí kvantové počítače: dostatečně rychlou opravu chyb pro umožnění rozsáhlých, chybově tolerantních strojů.

Kvantové počítače jsou vysoce citlivé na šum, který může během výpočtů zavádět chyby. Pro jejich překonání vědci využívají kvantovou korekci chyb, proces, který rozprostírá informace přes více fyzických qubitů, aby vytvořil spolehlivější logické qubity. Stávající metody však často vyžadují velké množství qubitů a stále složitější hardware. Nový kód IQM si klade za cíl zlepšit efektivitu i praktičnost snížením chybovosti a zároveň snížením počtu fyzických qubitů potřebných k ochraně kvantových informací.

Rodina barbell kódů byla navržena speciálně pro architekturu procesorů Constellation od IQM, která se vyznačuje vylepšenou konektivitou mezi qubity. V tomto systému může každý qubit přímo interagovat až s 12 sousedními qubity, ve srovnání se čtyřmi v konvenčním uspořádání do čtvercové mřížky. Tento design umožňuje vysoce výkonnou korekci chyb bez nutnosti rozsáhlého dodatečného hardwaru. Barbell kódy spoléhají na jediné dlouhé spojení pro každý druhý qubit, což snižuje potřebu více dlouhých křížových spojení, která mohou komplikovat výrobu čipů. Využitím konektivity procesoru může kód generovat provázání potřebné pro opravu chyb a zároveň udržet požadavky na hardware relativně nízké.

Oprava chyb je široce považována za jednu z klíčových překážek, která brání dnešním kvantovým počítačům v řešení komerčně cenných problémů ve velkém měřítku. Zatímco pokroky v kvalitě qubitů neustále zlepšují výkon hardwaru, odborníci se domnívají, že chybově tolerantní systémy budou vyžadovat robustní schémata opravy chyb schopná potlačovat chyby rychleji, než se hromadí. IQM tvrdí, že jeho barbell kódy nabízejí cestu k tomuto cíli kombinací nižších logických chybovostí s nižší hardwarovou složitostí. Společnost uvádí, že technologie podporuje její plán k vývoji kvantových systémů schopných pracovat se stovkami vysoce přesných logických qubitů. Tento vývoj přichází v době, kdy se IQM připravuje na dodání 150qubitových kvantových systémů zákazníkům ještě letos. Společnost také oznámila IQM Halocene, kvantový počítač určený pro testování a vývoj technologií opravy chyb. Pokud se nahlášené výkonnostní zisky podaří replikovat ve velkých systémech, mohl by tento nový přístup pomoci snížit nároky na hardware tradičně spojené s chybově tolerantním kvantovým počítáním. Podrobnosti o vývoji a numerická analýza výkonu byly publikovány na arXiv.