Это достижение следует за знаменитым экспериментом 2019 года, в котором квантовый компьютер Google достиг "квантового преимущества", выполнив вычисления, на которые на обычном компьютере ушли бы тысячи лет.

Исправление ошибок является неизбежным требованием, для того чтобы квантовые компьютеры смогли решать проблемы, недоступные классическим машинам, такие как разложение больших целых чисел на простые или детальное понимание поведения химических катализаторов.

"Достижения Google впечатляют, так как очень сложно добиться большей производительности при большом размере кода", — говорит специализирующаяся на квантовой коррекции ошибок Барбара Терхал, физик-теоретик Делфтского технологического  университета в Нидерландах. Исследователи Google признают, что улучшение все еще небольшое. "Он немного снизился; нам нужно, чтобы снижение было значительным", — говорит Хартмут Невен, курирующий подразделение квантовых вычислений в штаб-квартире Google в Маунтин-Вью, Калифорния.

Исправление ошибки

Все компьютеры подвержены ошибкам. Обычный компьютерный чип хранит информацию в битах (которые могут представлять 0 или 1) и копирует часть информации в биты "исправления ошибок". Когда возникает ошибка — например, в результате пересечения блуждающими электронами барьера с неидеальной изоляцией или из-за того, что частица космического излучения нарушила цепь, — чип может автоматически обнаружить проблему и устранить ее.

"В квантовой информации мы не можем этого сделать", — сказал Джулиан Келли, директор Google по квантовому оборудованию, на брифинге для прессы. Квантовые компьютеры основаны на квантовых состояниях, называемых кубитами, которые могут существовать в смеси состояний "0" и "1". Кубит не может быть считан без безвозвратной потери его полного квантового состояния, а это означает, что его информацию нельзя просто скопировать на дополнительные кубиты.

Но для решения этой проблемы теоретики разработали сложные схемы "квантовой коррекции ошибок". Обычно они основаны на кодировании кубита информации, называемого логическим кубитом, в наборе физических кубитов, а не в одном. Затем машина может использовать некоторые физические кубиты для проверки работоспособности логического кубита и исправления любых ошибок. Чем больше физических кубитов, тем лучше они могут справляться с ошибками. "Преимущество использования нескольких кубитов для квантовой коррекции ошибок заключается в масштабируемости", — говорит Терхал.

Однако добавление большего количества физических кубитов также увеличивает вероятность того, что два из них будут затронуты ошибкой одновременно. Чтобы решить эту проблему, исследователи Google выполнили две версии процедуры квантовой коррекции ошибок. Одна из них, используя 17 кубитов, смогла исправить одну ошибку за раз. Более крупная версия использовала 49 кубитов и могла восстанавливаться после двух одновременных ошибок, а ее производительность была несколько выше, чем у меньшей версии. "Улучшение в настоящее время очень незначительное, и пока нет гарантии, что использование еще большего кода повысит производительность", — говорит Терхал.

Джо Фитцсаймонс, физик из Horizon Quantum в Сингапуре, говорит, что различные лаборатории сделали большие шаги на пути к эффективному исправлению ошибок. По его словам, последний результат Google обладает многими необходимыми функциями. Но кубиты также должны хранить информацию в течение достаточного времени, чтобы компьютер мог выполнять вычисления, и команде Google еще предстоит достичь этого. "Для убедительной демонстрации масштабируемой коррекции ошибок мы хотели бы увидеть увеличение срока службы", — говорит Фитцсаймонс.

Google разработала для себя дорожную карту квантовых вычислений с шестью ключевыми этапами. Квантовое преимущество было первым, а ныне достигнутый результат — вторым. Шестая веха — это машина, состоящая из миллиона физических кубитов, кодирующих 1000 логических кубитов. "На этом этапе мы можем с уверенностью обещать коммерческую ценность", — говорит Невен.

По словам Невена, сверхпроводящие кубиты — лишь один из нескольких подходов к созданию квантового компьютера, и Google по-прежнему считает, что у него больше шансов на успех. "Мы бы развернулись в мгновение ока, если бы стало совершенно ясно, что другой подход быстрее приведет нас к полезному квантовому компьютеру".