Квантовые компьютеры совершили прорыв — или создали целую вселенную?

Слушай, тут реально происходит что-то интересное в мире квантовых вычислений. Серьёзно, я сам не ожидал.

В чём вообще затык?

Квантовые компьютеры — штука невероятно хрупкая. Представь, что любая помеха может разрушить твои вычисления. Учёные научились защищать информацию, размазывая её по кубитам — это как квантовый аналог обычных битов. Работает. Но тут возникает новая проблема.

Когда пытаешься сделать что-то реально полезное с этой защищённой информацией, упираешься в стену. Есть такая штука — «дистилляция магических состояний». Звучит как что-то из фэнтези, но это серьёзно. На подготовку этих самых магических состояний уходит львиная доля мощности всего компьютера. Каждый раз. Как будто на каждом шоссе стоит платная кабинка и берёт огромную дань.

И что делать?

Исследователи из Чикагского университета, Гарварда, Стоуни-Брук и компании Quantinuum нашли обходной путь. Они опубликовали работу в Nature и показали, что вместо дорогущих магических состояний можно использовать кое-что другое.

Неабелевы анионы.

И вот тут становится по-настоящему круто. Эти анионы не существуют в природе. Учёные создают их, связывая в единое целое кучу обычных кубитов. И в результате получается нечто, что ведёт себя как совершенно новый тип частицы — со своими причудливыми правилами.

Рубен Верресен из Гарварда, один из авторов исследования, выразился так: «Можно думать об этих кодах как о создании маленьких вселенных — альтернативных вселенных, но тех, что отражают свойства нашей собственной».

Как по мне, это просто потрясающе. Мы буквально создаём карманные вселенные внутри квантовых схем.

Почему раньше не получалось?

Группа уже пробовала похожий подход в прошлом году. Тогда использовали симметрию D4 — представь себе все повороты и отражения, при которых квадрат остаётся самим собой. Учёные даже создали эти анионы и научились их перемещать — процесс, который называют «оплетением» (braiding). Но была загвоздка: само по себе оплетение не давало нужной мощи. Их маленькая квантовая вселенная не могла справиться с любыми вычислениями.

В новом исследовании команда переключилась на симметрию S3 — это уже правила для равностороннего треугольника. А ещё добавили операцию под названием фьюжн (fusion) — берёшь два аниона, сводишь вместе и смотришь, что получится. Вот эта комбинация — оплетение плюс фьюжн — и открыла нужную мощность.

А мне-то что с этого?

А то, что учёные продемонстрировали так называемый «универсальный набор гейтов». Это научный термин для «наша система может理论上 выполнить любые квантовые вычисления». Перемещай эти появившиеся частицы в правильной последовательности — и всё, можешь делать что угодно.

Самое многообещающее? Такой подход может сделать квантовые вычисления с защитой от ошибок гораздо практичнее. Потому что отпадает нужда во всей этой дорогой подготовке магических состояний. Как выразился Хенрик Дреер из Quantinuum, неабелевы коды были «тёмной лошадкой» в гонке квантовой коррекции ошибок — аутсайдером, который может всех удивить.

До практических приложений ещё годы, но это похоже на тот самый прорыв, который может изменить весь путь развития. Иногда лучшие решения — не самые очевидные. Иногда нужно создать свою маленькую вселенную, чтобы их найти.

Источник: ScienceDaily