Кубіти за своєю природою крихкі та вкрай чутливі до шумів навколишнього середовища та зовнішніх впливів, що може призводити до помилок і втрати інформації. Це явище, відоме як декогеренція, є фундаментальною проблемою у створенні надійних квантових комп’ютерів. Більше того, сам процес вимірювання стану кубіта може впливати на його суперпозицію або навіть руйнувати її, що ускладнює обчислення, оскільки вимірювання необхідні для їх виконання.
Для вирішення цих проблем значні дослідницькі та інженерні зусилля спрямовані на квантову корекцію помилок та методи їх зменшення. Корекція помилок передбачає кодування квантової інформації за допомогою кількох фізичних кубітів для захисту від помилок, створюючи таким чином стійкіші логічні кубіти. Методи зменшення помилок націлені на зниження впливу шумів на результати обчислень без необхідності досягати повної відмовостійкості.
Однією з ключових задач є розробка ефективної квантової корекції помилок. Google пропонує освітні ресурси, включаючи курс на Coursera, присвячений методам корекції помилок. Цей курс дає практичний досвід роботи з промисловими інструментами, такими як Stim і Crumble.
Останні прориви у зменшенні та корекції помилок, досягнуті компаніями Alice & Bob, Amazon (AWS), IBM, QuEra, Microsoft, Quantinuum та IonQ, дозволяють скоротити терміни створення універсальних відмовостійких квантових комп’ютерів. Наприклад, топологічний підхід Microsoft спрямований на апаратний захист від помилок. Quantinuum продемонструвала проведення експериментів на іонних пастках без жодної помилки завдяки віртуалізації кубітів та корекції помилок. Дослідники, які працюють із нейтральними атомами, також успішно виконали складні квантові алгоритми з корекцією помилок.
Зменшення ресурсозатратності квантової корекції помилок залишається практичною проблемою. Місія Google полягає в розробці квантових обчислень для вирішення завдань, які неможливо виконати іншими способами, що часто вимагає створення масштабного квантового комп’ютера з корекцією помилок. Їхній новий чіп Willow є важливим кроком у цьому напрямку.
Розробка кубіта, який можна вимірювати та контролювати, зберігаючи захист від зовнішніх шумів, є складною задачею. Зараз основна увага приділяється переходу від ери шумних квантових пристроїв проміжного масштабу (NISQ) до стійких квантових обчислень, де логічні кубіти захищені та здатні підтримувати тривалі обчислення.
