Тихая проблема в квантовых вычислениях
Итак, вот что удивительно: квантовые компьютеры теоретически способны решать задачи, которые обычным компьютерам потребовалось бы решать дольше, чем существует Вселенная. Но есть подвох — и немалый.
Эти машины невероятно хрупки. Они распадаются от малейшего возмущения. Речь идёт о таких тонких эффектах, как электромагнитные помехи от вашего телефона или даже от блуждающих электрических зарядов, плавающих в окружающей среде.
Представьте, что вы пытаетесь идеально встать на голову на прыгающем батуте, пока кто-то шепчет вам на ухо случайные числа. Именно так выглядит квантовая вычислительная машина изнутри.
Появление кубита на сверхтекучем гелии
Исследователи из Суррейского университета недавно опубликовали нечто увлекательное. Они разработали совершенно новый тип кубита — базовой единицы квантовой информации — используя так называемый сверхтекучий гелий-3.
Сам по себе сверхтекучий гелий уже довольно странная вещь. Это гелий, охлаждённый почти до абсолютного нуля, где он превращается в жидкость, способную течь без какого-либо трения. Он ползёт по стенам, вытекает из контейнеров и ведёт себя так, что физики приходят в восторг.
Но здесь есть действительно умный момент: этот сверхтекучий гелий электронейтрален. В отличие от сверхпроводящих кубитов, используемых в большинстве современных квантовых компьютеров, он не несёт электрического заряда.
Вы знаете, как ваши волосы прилипают к воздушному шарику из-за статического электричества? Это ведёт себя электрический заряд. Именно такого рода помехи постоянно нарушают работу современных квантовых компьютеров. Используя материал с нулевым зарядом, команда из Суррея полагает, что их конструкция сможет естественно обходить эти проблемы.
Они называют своё творение SHOQ-устройством — что, честно говоря, звучит как имя супергероя или особенно агрессивной фитнес-программы. (Superfluid Helium Oscillator Quantum, если вам интересно.)
Почему важно снижение ошибок в 100 раз
Исследователи подсчитали, что их конструкция может иметь уровень ошибок примерно в 100 раз ниже, чем у современных сверхпроводящих кубитов.
Давайте поставим это в контекст. Представьте, что вы отправляете текстовое сообщение, но 1 из каждых 100 символов случайно меняется. Раздражает, правда? А теперь представьте, что меняется лишь 1 из каждых 10 000 символов. Вот в чём разница.
Это чрезвычайно важно для масштабируемости — способности строить более крупные и мощные квантовые компьютеры. Сейчас добавление дополнительных кубитов в систему экспоненциально усложняет контроль ошибок. Это похоже на жонглирование с добавлением новых мячей: в конце концов, что-то падает.
Если SHOQ-устройство продемонстрирует хотя бы близкое к предсказанному поведение, это может изменить всю дорожную карту развития квантовых вычислений.
Не замена — а партнёр
Вот что мне нравится в этом исследовании: команда не утверждает, что сверхтекучий гелий заменит существующее квантовое оборудование. Вместо этого они envision (предполагают) работу различных типов кубитов вместе.
Доктор Эран Гиноссар выразился красиво: «Нам не обязательно иметь один тип кубитов, чтобы делать всё».
Представьте квантовый компьютер, где сверхпроводящие кубиты выполняют вычислительные операции, а кубиты на сверхтекучем гелии безопасно хранят информацию — как квантовая память. Каждый делает то, что умеет лучше всего.
Этот гибридный подход выглядит реалистично. Мы не ждём одну идеальную технологию, которая всех спасёт; мы строим команду специалистов.
Что будет дальше?
Команда сейчас создаёт прототип, чтобы проверить, выдержат ли эти предсказания проверку в реальном мире. Им нужно будет поддерживать экстремально низкие температуры — но это уже делалось ранее в других экспериментах со сверхтекучим гелием-3.
Одна забавная деталь: профессор Йенс Кох из Северо