Революция в квантовых вычислениях: как 4D геометрические коды Microsoft повышают производительность квантового оборудования в 1000 раз

Новости криптобиржи Стартапы и венчурный капитал

Квантовые вычисления считаются одним из самых перспективных направлений современной науки и технологии, позволяя решать задачи, которые при помощи классических компьютеров остаются недостижимыми. Однако квантовые системы чрезвычайно чувствительны к ошибкам, вызванным шумами и нестабильностью квантовых битов — кубитов. Для того чтобы квантовые вычисления стали надёжными и практически применимыми, необходимы эффективные методы коррекции ошибок и оптимизация работы квантового оборудования. Недавно Microsoft сделала значительный прорыв, представив новый класс четырёхмерных геометрических кодов, которые способны снижать ошибки в квантовых процессах в 1000 раз. Это достижение открывает новые возможности для развития квантовой индустрии и приблизит эру масштабируемых и надёжных квантовых компьютеров.

Одной из ключевых проблем квантовых вычислительных систем является высокая вероятность возникновения ошибок в работе кубитов. Из-за квантовой природы устройств помехи и помехи напрямую влияют на точность вычислений. Традиционные методы защиты от ошибок требуют использования большого числа физических кубитов для создания одного логического кубита с приемлемым уровнем надёжности. Это значительно увеличивает аппаратную сложность и затраты на создание систем квантового вычисления. Новейший подход Microsoft базируется на применении 4D геометрических кодов — уникальной схемы коррекции ошибок, использующей геометрические свойства четырёхмерного пространства.

Использование такого многомерного кодирования позволяет значительно уменьшить количество физических кубитов, необходимых для реализации одного логического кубита. В сравнении с предыдущими методами сокращение составляет примерно в пять раз. Это означает, что для создания надёжных логических кубитов потребуется гораздо меньше ресурсов оборудования, что делает квантовые вычисления более доступными и эффективными. Помимо уменьшения аппаратных затрат, четырёхмерные геометрические коды обладают так называемым свойством "одиночного броска" (single-shot), что позволяет обнаруживать и исправлять ошибки практически мгновенно. Такого уровня эффективности коррекции ошибок ещё не было достигнуто в существующих технологиях.

Быстрая диагностика и исправление ошибок значительно снижают сложность вычислений и уменьшают количество необходимых вычислительных циклов, что приводит к общему увеличению производительности квантового оборудования. Microsoft внедряет данные коды в свою платформу Microsoft Quantum, что обеспечит разработчикам и исследователям мощный инструмент для создания масштабируемых квантовых алгоритмов и приложений. Платформа поддерживает всю необходимую инфраструктуру для управления физическими кубитами, виртуализации и формированию логических кубитов, используя новейшие коррекционные коды. В результате, уже сейчас возможно создание и надёжное запутывание до 50 логических кубитов, а в ближайшем будущем это число планируется увеличить до тысяч. Особое внимание Microsoft уделяет унификации аппаратного и программного обеспечения.

Сотрудничество с партнёрами, такими как Atom Computing, позволило интегрировать уникальные нейтрально-атомные кубиты, обладающие высокой степенью когерентности и малой подверженностью шуму. Эти кубиты имеют все необходимые свойства, чтобы максимально эффективно использовать возможности 4D кодов и платформы Microsoft Quantum. Совместная работа позволяет добиться высоких значений точности двухкубитных вентилей — 99.6%, что является одним из лучших показателей среди коммерческих решений. Одним из значимых аспектов внедрения данных технологий является перспектива достижения квантового превосходства — этапа, когда квантовый компьютер сможет выполнять задачи, недоступные даже самым мощным классическим суперкомпьютерам.

С переходом на четырёхмерные коды ошибки снижаются до уровня, в 1000 раз меньшего, чем было ранее. Это обеспечивает создание устойчивых и надежных логических кубитов, способных выполнять сложнейшие квантовые расчёты с высокой точностью в условиях реального мира. В практическом плане это означает, что уже в ближайшие годы станет возможной разработка масштабных квантовых алгоритмов для таких областей, как квантовая химия, материалознание, оптимизация и машинное обучение. Снижение уровня ошибок и ресурсов позволит учёным и инженерам создавать более сложные модели и получать новые научные данные, которые раньше были доступны только в теории или на маломасштабных опытах. Кроме того, Microsoft предлагает клиентам и исследователям доступ к облачной платформе Azure Quantum, которая интегрирует последние достижения в аппаратном обеспечении, алгоритмике и методах коррекции ошибок.

Это позволяет широкому кругу пользователей — от технических специалистов до исследователей начинающих — экспериментировать с надежными квантовыми вычислениями и разрабатывать новые приложения в реальном времени. Появление 4D геометрических кодов становится поворотным моментом в истории квантовых вычислений. Оно открывает путь к построению практичных, масштабируемых и эффективных квантовых систем, которые смогут решать задачи с нечувствительной точностью и минимальными ресурсными затратами. Такой прорыв укрепляет позиции Microsoft как одного из лидеров в сфере квантовых технологий и отражает важность многопрофильного сотрудничества между разработчиками ПО, аппаратными производителями и научными центрами. В заключение можно сказать, что развитие четырёхмерных геометрических кодов и их внедрение в существующую квантовую архитектуру меняет представление о возможностях квантовых технологий.

Их влияние на надежность, размер и скорость квантовых вычислений возбуждает широкий интерес в индустрии и научном сообществе. Благодаря этим инновациям становится очевидным, что эра масштабируемых и надежных квантовых вычислений уже не за горами, и Microsoft уверенно ведёт к ней исследовательское поле, открывая новые горизонты в изучении и применении квантовых вычислительных машин.