Квантовые компьютеры давно занимают ту неудобную территорию, где обещания сосуществуют с самыми основными физическими ограничениями. Мы знаем, что они могут производить вычисления способами, которые противоречат классическим вычислениям , но мы также знаем, что воплощение этих возможностей в реальном мире остается огромной проблемой. Недостаточно, чтобы система была способна выполнять сложные операции; она должна делать это надежно и, прежде всего, стабильно с течением времени.
Одна из главных известных проблем квантовых компьютеров связана именно с ошибками. В отличие от классических систем, где сбои обычно независимы и относительно легко изолируются, ошибки в этих устройствах, как правило, ведут себя гораздо сложнее. Со временем они не только появляются, но и влияют друг на друга, воздействуя на общее поведение системы и ограничивая её надёжность.
Новое международное исследование, проведенное в Австралии, пролило свет на это явление. Впервые исследователям удалось полностью реконструировать, как ошибки развиваются внутри квантового компьютера с течением времени. Прорыв заключается не в устранении этих ошибок, а в понимании их временной динамики, что до сих пор было чрезвычайно сложно наблюдать на реальном оборудовании.
Ключ к открытию заключается в том, что ошибки не являются ни изолированными, ни чисто случайными событиями. Как объясняют авторы, они могут сохраняться, развиваться и даже связываться между собой на разных этапах вычислительного процесса. В квантовых компьютерах это означает, что система сохраняет своего рода «память» о прошлых ошибках, которая влияет на ее будущее поведение . Эта память может быть классической или квантовой по своей природе, что еще больше усложняет проблему.
Для достижения этого вывода команда разработала метод, позволяющий реконструировать полную эволюцию квантового процесса в нескольких временных точках . Эксперименты проводились на современных сверхпроводящих квантовых процессорах как в университетских лабораториях, так и с использованием коммерческих облачных платформ. Главной проблемой до сих пор было то, что измерение квантовой системы в середине процесса изменяет ее состояние, препятствуя продолжению эксперимента в контролируемом режиме.
Новый подход обходит это ограничение благодаря оригинальной обработке данных. Вместо того чтобы полагаться на конкретный результат каждого промежуточного измерения, исследователи впоследствии восстанавливают состояние системы с помощью программного обеспечения. Это позволило им обнаружить тонкие, но важные закономерности коррелированных ошибок даже на самых современных квантовых компьютерах.
Этот прогресс не решает проблему ошибок, но представляет собой важный шаг в её решении. Понимание того, как и почему ошибки сохраняются с течением времени, позволит разработать более совершенные модели ошибок и более эффективные стратегии их исправления, что крайне важно, если мы хотим масштабировать квантовые компьютеры и сделать их действительно полезными за пределами лаборатории.
В конечном итоге, эта работа подчеркивает фундаментальный урок: в квантовых вычислениях недостаточно корректно вычислять в один конкретный момент времени. Настоящая проблема заключается в поддержании контроля над системой во времени. Понимание того, почему ошибки не исчезают, а оставляют след, является необходимым шагом для того, чтобы квантовые компьютеры наконец-то начали оправдывать возложенные на них ожидания.