Розділ 5.5: Квантова корекція помилок і відмовостійкість

Квантові обчислення все ще є технологією, що розвивається, і однією з найбільших проблем у цій галузі є досягнення відмовостійких квантових обчислень. Помилки можуть виникати через різні фактори, такі як шум і декогеренція, які ускладнюють підтримку когерентності кубітів, основних одиниць квантової інформації.

Квантова корекція помилок (QEC) — це техніка захисту квантової інформації від помилок, спричинених декогеренцією та іншими факторами. Ідея полягає в тому, щоб закодувати кубіти таким чином, щоб можна було виявляти та виправляти помилки, не порушуючи закодовану інформацію. Перші коди QEC були запропоновані наприкінці 1990-х років, і з того часу було розроблено багато нових кодів і протоколів.

Найпоширенішим кодом QEC є код поверхні, який був представлений у 1997 році Джоном Прескіллом та його співробітниками. Поверхневий код — це двовимірний масив кубітів, де кожен кубіт з’єднаний зі своїми сусідами квантовими воротами. Код використовує комбінацію вимірювань і квантових вентилів для виявлення та виправлення помилок. Виявилося, що поверхневий код дуже ефективний у виявленні та виправленні помилок, але для його реалізації потрібна велика кількість фізичних кубітів.

Ще одна важлива концепція у відмовостійких квантових обчисленнях — це поріг відмовостійкості. Це рівень шуму та помилок, які може витримати квантовий комп’ютер, перш ніж помилки почнуть накопичуватися та робити обчислення марними. Поріг відмовостійкості залежить від коду QEC і типу використовуваних квантових вентилів. Поточні оцінки порогу відмовостійкості становлять близько 0,1%, що означає, що для досягнення відмовостійких квантових обчислень знадобиться квантовий комп’ютер із мільйонами фізичних кубітів.

Існують також інші методи покращення продуктивності квантових комп’ютерів, такі як квантове пом’якшення та придушення помилок. Ці методи можна використовувати для зменшення впливу помилок на обчислення, не вимагаючи повної відмовостійкості.

Загалом, досягнення відмовостійких квантових обчислень є однією з головних проблем у квантових обчисленнях. Проте дослідники досягають значного прогресу в розробці нових кодів і протоколів QEC, а також у покращенні продуктивності квантових комп’ютерів.