Наш прогресс в области квантовой коррекции ошибок

Три года назад наши квантовые компьютеры первыми продемонстрировали вычислительную задачу, в которой они превзошли самые быстрые суперкомпьютеры. Это была важная веха в нашей дорожной карте по созданию крупномасштабного квантового компьютера и момент «привет, мир», на который многие из нас надеялись. Тем не менее, на длинной дуге научного прогресса это был всего лишь один шаг к тому, чтобы сделать квантовые приложения значимыми для человеческого прогресса.

Теперь мы делаем еще один большой шаг вперед: впервые наши исследователи квантового ИИ экспериментально продемонстрировали, что можно уменьшить количество ошибок, увеличив количество кубитов. В квантовых вычислениях кубит — это базовая единица квантовой информации, которая может принимать более богатые состояния, выходящие за рамки только 0 и 1. Наш прорыв представляет собой значительный сдвиг в том, как мы работаем с квантовыми компьютерами. Вместо того чтобы работать с физическими кубитами на нашем квантовом процессоре один за другим, мы рассматриваем их группу как один логический кубит. В результате логический кубит, который мы сделали из 49 физических кубитов, смог превзойти тот, который мы сделали из 17 кубитов. Сегодня Nature публикует наше исследование.

Вот почему эта веха важна: наши квантовые компьютеры работают, манипулируя кубитами организованным образом, который мы называем квантовыми алгоритмами. Проблема в том, что кубиты настолько чувствительны, что даже рассеянный свет может привести к ошибкам в вычислениях, и проблема усугубляется по мере роста квантовых компьютеров. Это имеет серьезные последствия, поскольку лучшие из известных нам квантовых алгоритмов для запуска полезных приложений требуют, чтобы частота ошибок наших кубитов была намного ниже, чем сегодня. Чтобы восполнить этот пробел, нам понадобится квантовая коррекция ошибок.

Квантовая коррекция ошибок защищает информацию, кодируя ее в нескольких физических кубитах, чтобы сформировать «логический кубит», и считается, что это единственный способ создать крупномасштабный квантовый компьютер с частотой ошибок, достаточно низкой для полезных вычислений. Вместо того, чтобы вычислять сами отдельные кубиты, мы будем вычислять логические кубиты. Кодируя большее количество физических кубитов на нашем квантовом процессоре в один логический кубит, мы надеемся снизить количество ошибок, чтобы включить полезные квантовые алгоритмы.

Это первый случай, когда кто-либо достиг такой экспериментальной вехи масштабирования логического кубита. Мы работаем над достижением этого и последующих этапов, потому что квантовые компьютеры могут принести ощутимую пользу миллионам жизней. Мы верим, что когда-нибудь квантовые компьютеры будут использоваться для идентификации молекул для новых лекарств, создания удобрений с меньшим потреблением энергии, разработки более эффективных устойчивых технологий, от батарей до ядерных термоядерных реакторов, и проведения физических исследований, которые приведут к достижениям, которые мы пока не можем себе представить. Вот почему мы работаем над тем, чтобы в конечном итоге сделать квантовое оборудование, инструменты и приложения доступными для клиентов и партнеров, в том числе через Google Cloud, чтобы они могли использовать возможности квантовых технологий новыми и интересными способами.

Чтобы помочь другим реализовать весь потенциал квантовой технологии, нам потребуется пройти еще больше технических этапов, чтобы масштабироваться до тысяч логических кубитов с низким уровнем ошибок. Впереди долгий путь — потребуется улучшить несколько компонентов нашей технологии, от криогеники до управляющей электроники и дизайна и материалов наших кубитов. С такими разработками крупномасштабные квантовые компьютеры станут более ясными. Разработка квантовых процессоров также является отличным испытательным полигоном для разработки с помощью ИИ, поскольку мы изучаем использование машинного обучения для улучшения наших процессов.

Мы также предпринимаем шаги для ответственного развития квантовых вычислений, учитывая их мощный потенциал. Наши партнерские отношения с правительствами и сообществом безопасности помогают создавать системы, которые могут защитить интернет-трафик от будущих атак квантовых компьютеров. И мы заботимся о том, чтобы такие сервисы, как Google Cloud, Android и Chrome, оставались безопасными и защищенными в квантовом будущем.

Меня вдохновляет то, что квантовые вычисления могут означать для будущего наших пользователей, клиентов и партнеров, а также всего мира. Мы будем продолжать работать над тем днем, когда квантовые компьютеры смогут работать в тандеме с классическими компьютерами, чтобы расширить границы человеческого знания и помочь нам найти решения некоторых из самых сложных мировых проблем.