Учёные совершили прорыв в создании "магического состояния" после 20 лет исследований.

Впервые в мире ученые продемонстрировали загадочное явление в квантовых вычислениях, которое может проложить путь к отказоустойчивым машинам, значительно превосходящим по мощности любые суперкомпьютеры. Процесс, называемый "дистилляцией магических состояний", был предложен 20 лет назад, но его применение к логическим кубитам долгое время оставалось недостижимым для ученых. Считается, что он имеет решающее значение для создания высококачественных ресурсов, известных как "магические состояния", необходимых для реализации полного потенциала квантовых компьютеров.

Теперь ученые из QuEra заявили, что впервые продемонстрировали дистилляцию магических состояний на практике, используя логические кубиты. Их результаты опубликованы в новом исследовании, вышедшем 14 июля в журнале Nature.

В ходе исследования, используя нейтрально-атомный квантовый компьютер Gemini, ученые дистиллировали пять несовершенных магических состояний в одно, более чистое магическое состояние. Они выполнили это отдельно на логическом кубите Distance-3 и Distance-5, продемонстрировав, что это масштабируется с качеством логического кубита. "Чем больше расстояние, тем лучше логические кубиты. Distance-2, например, означает, что вы можете обнаружить ошибку, но не исправить ее. Distance-3 означает, что вы можете обнаружить и исправить одну ошибку. Distance-5 означает, что вы можете обнаружить и исправить до двух ошибок, и так далее", – объяснил Юваль Богер (Yuval Boger), главный коммерческий директор QuEra, который не принимал непосредственного участия в исследовании. "Таким образом, чем больше расстояние, тем выше точность кубита – и мы уподобляем это дистилляции сырой нефти в авиационное топливо".

В результате процесса дистилляции точность конечного магического состояния превзошла точность любого из входных состояний. Это доказало, что дистилляция магических состояний, устойчивых к ошибкам, работает на практике, утверждают ученые. Это означает, что квантовый компьютер, использующий как логические кубиты, так и высококачественные магические состояния для выполнения не-Клиффордских операций, теперь возможен. "Мы наблюдаем своего рода сдвиг по сравнению с несколькими годами назад", – сказал Богер. "Задача была: можно ли вообще построить квантовые компьютеры? Затем: можно ли обнаружить и исправить ошибки? Мы и Google и другие показали, что да, это можно сделать. Теперь вопрос в том: можем ли мы сделать эти компьютеры действительно полезными? И чтобы сделать компьютер действительно полезным, помимо увеличения его размера, вы хотите, чтобы он мог запускать программы, которые невозможно смоделировать на классических компьютерах".