Amazon Web Services (AWS) объявила о создании нового квантового чипа Ocelot, который способен снизить затраты на квантовую коррекцию ошибок до 90% по сравнению с существующими методами. Разработка, проведенная в Центре квантовых вычислений AWS при Калифорнийском технологическом институте, является важным шагом на пути к созданию отказоустойчивых квантовых компьютеров, способных решать сложные задачи, недоступные традиционным вычислительным системам.
Чип Ocelot использует так называемые “кошачьи кубиты”, названные в честь мысленного эксперимента Шрёдингера. Эти кубиты способны автоматически подавлять определенные ошибки, существенно снижая ресурсы, необходимые для квантовой коррекции ошибок. AWS впервые удалось объединить технологию кошачьих кубитов с другими элементами коррекции ошибок на одном микрочипе, который может масштабироваться с использованием стандартных технологий микроэлектроники.
История развития вычислительной техники показывает, что прорывы происходят благодаря кардинальной переработке аппаратных компонентов. Замена ламп на транзисторы в середине XX века позволила миниатюризировать компьютеры, сделав их более мощными и доступными. По аналогии с этим, выбор правильного строительного блока для масштабирования квантовых вычислений является ключевым фактором их развития. Директор по квантовому оборудованию AWS Оскар Пэйнтер отметил, что технология Ocelot может снизить затраты на квантовые вычисления в пять раз, а также ускорить появление практически полезных квантовых компьютеров на пять лет.
Результаты исследований AWS были опубликованы в журнале Nature, а также доступны в техническом отчёте на сайте Amazon Science.
Квантовые компьютеры чрезвычайно чувствительны к внешним воздействиям, таким как вибрации, электромагнитные поля, космическое излучение и даже небольшие температурные изменения. Это приводит к ошибкам в вычислениях, что делает создание надежных квантовых компьютеров крайне сложной задачей. Современные методы решения этой проблемы используют квантовую коррекцию ошибок, кодируя информацию сразу в нескольких кубитах, создавая так называемые “логические” кубиты. Однако такой подход требует огромного количества физических кубитов, что делает его крайне дорогим.
AWS решила подойти к квантовой коррекции ошибок с другой стороны. Вместо того чтобы добавлять механизмы исправления ошибок на более поздних этапах разработки, Ocelot изначально создавался с учетом встроенной коррекции. По словам Пэйнтера, новая архитектура позволяет в десять раз снизить ресурсы, необходимые для построения полноценных квантовых систем. Использование технологии кошачьих кубитов позволяет минимизировать необходимость постоянной проверки и исправления ошибок. Это можно сравнить с производством, где один контрольный пункт способен выявить все дефекты, вместо десяти отдельных проверок. Благодаря такому подходу квантовые компьютеры смогут стать менее громоздкими, более надежными и дешевыми, что ускорит их внедрение в реальный мир.
Несмотря на обещающие результаты, Ocelot пока остается прототипом. AWS продолжает инвестировать в исследования и совершенствование технологии. В будущем компания планирует применить аналогичный подход, который ранее позволил ей создать процессоры Graviton, ставшие одними из лидеров на рынке облачных вычислений. Для исследователей и разработчиков, желающих изучить квантовые технологии, AWS предлагает платформу Amazon Braket. Она позволяет работать с различными квантовыми процессорами, симуляторами и инструментами для моделирования квантовых алгоритмов.