Кубиты по своей природе хрупки и крайне чувствительны к шумам окружающей среды и внешним воздействиям, что может приводить к ошибкам и потере информации. Это явление, известное как декогеренция, представляет собой фундаментальную проблему при создании надежных квантовых компьютеров. Более того, сам процесс измерения состояния кубита может влиять на его суперпозицию или разрушать ее, что создает сложности, поскольку измерения необходимы для выполнения вычислений.
Для решения этих проблем значительные исследовательские и инженерные усилия направлены на квантовую коррекцию ошибок и их снижение. Коррекция ошибок предполагает кодирование квантовой информации с использованием нескольких физических кубитов для защиты от ошибок, создавая тем более устойчивые логические кубиты. Методы снижения ошибок направлены на уменьшение влияния шумов на результаты вычислений без необходимости достижения полной отказоустойчивости.
Одной из ключевых задач является разработка эффективной квантовой коррекции ошибок. Google предлагает образовательные ресурсы, включая курс на Coursera, посвященный разработке методов коррекции ошибок. Этот курс дает практический опыт работы с промышленными инструментами, такими как Stim и Crumble.
Недавние прорывы в снижении и коррекции ошибок, достигнутые такими компаниями, как Alice & Bob, Amazon (AWS), IBM, QuEra, Microsoft, Quantinuum и IonQ, позволяют сократить сроки создания универсальных отказоустойчивых квантовых компьютеров. Например, топологический подход Microsoft направлен на встроенную аппаратную защиту от ошибок. Quantinuum продемонстрировала проведение экспериментов на своих ионных ловушках без единой ошибки благодаря виртуализации кубитов и коррекции ошибок. Исследователи, работающие с нейтральными атомами, также успешно выполнили сложные квантовые алгоритмы с коррекцией ошибок.
Снижение ресурсозатратности квантовой коррекции ошибок остается практической проблемой. Миссия Google заключается в создании квантовых вычислений для решения задач, которые невозможно решить другими способами, и это часто требует разработки крупномасштабного квантового компьютера с коррекцией ошибок. Их новый чип Willow представляет собой важный шаг в этом направлении.
Разработка кубита, который можно измерять и контролировать, сохраняя при этом защиту от внешних шумов, является сложной задачей. Основное внимание сейчас сосредоточено на переходе от текущей эпохи шумных квантовых устройств промежуточного масштаба (NISQ) к устойчивым квантовым вычислениям, где логические кубиты защищены и способны поддерживать длительные вычисления.
