Тихий шум и хрупкий свет: как китайские физики учатся усмирять квантовый хаос

Тихий шум и хрупкий свет: как китайские физики учатся усмирять квантовый хаос

Представьте самый сложный расчет в мире, результат которого рассыпается от случайного звука или теплового колебания. Это не метафора, а повседневная реальность лабораторий, где создаются квантовые компьютеры. Именно поэтому последняя работа группы Пань Цзяньвэя, связанная с квантовым процессором Zuchongzhi 2, привлекла такое внимание. Кажется, им удалось найти способ обуздать главного врага квантовых вычислений — нестабильность.

За гранью бита: почему квантовые состояния так уязвимы

Основа обычного компьютера — бит, надежная единица, которая либо включена, либо выключена. Кубит, сердце квантовой машины, живет по другим законам. Он может пребывать в состоянии суперпозиции, будучи одновременно и нулем, и единицей. Эта способность и дает квантовым компьютерам их феноменальную мощь, но она же является их ахиллесовой пятой. Состояние суперпозиции невероятно хрупко; оно разрушается от малейшего взаимодействия с внешней средой в процессе, называемом декогеренцией. Большую часть времени и ресурсов современные квантовые системы тратят не на вычисления, а на бесконечную борьбу с этим шумом. Это их фундаментальная слабость.

Попытки решить проблему стабильности кубитов долгое время напоминали сизифов труд. Ученые увеличивали их количество, улучшали изоляцию, но фундаментальная хрупкость оставалась. Группа Пань Цзяньвэя пошла иным путем. Их подход можно сравнить не с укреплением одного солдата, а с построением фаланги. Если отдельного воина легко свалить, то сплоченный строй способен выдержать гораздо более сильный натиск.

Zuchongzhi 2: полигон для проверки идеи

Платформой для этого смелого эксперимента стал квантовый процессор нового поколения — Zuchongzhi 2. Этот 66-кубитный сверхпроводящий процессор уже доказал свою способность выполнять задачи, недоступные классическим суперкомпьютерам. В данном случае он выступил как идеальный испытательный стенд. Исследователи не просто использовали его кубиты по отдельности, а особым образом сцепили их, создав то, что можно назвать квантовыми состояниями нового типа.

Суть прорыва в квантовых вычислениях, достигнутого китайскими физиками, заключается в создании «логических кубитов». Информация кодируется не в состоянии одного-единственного физического кубита, а распределяется по коллективному состоянию нескольких связанных частиц. Чтобы вызвать ошибку, внешнее воздействие должно быть достаточно мощным, чтобы одновременно «сломать» несколько этих связей. Вероятность такого события значительно ниже, чем вероятность ошибки в одном изолированном кубите. Именно этот коллективный иммунитет и обеспечивает устойчивость квантовых состояний.

Допускаю, что для неспециалиста это может звучать как абстрактная теория. Но представьте разницу между попыткой удержать равновесие на одной ноге и в плотной группе людей, держащихся за руки. Во втором случае сохранить стабильность гораздо проще. Этот принцип, реализованный на практике, и является сутью работы.

Что это изменение значит на самом деле?

Является ли это достижение китайской науки лишь очередным академическим отчетом? Значение трудно переоценить. Хотя до коммерческого квантового компьютера, решающего реальные задачи, еще годы работы, этот прорыв группы Пань Цзяньвэя кардинально меняет ландшафт.

Во-первых, это снижает порог для коррекции ошибок. Если базовые кубиты изначально более стабильны, то алгоритмам исправления остаточных ошибок требуется меньше вычислительных ресурсов, что упрощает всю архитектуру системы. Во-вторых, это открывает путь к реальному масштабированию. Без решения проблемы декогеренции добавление каждого нового кубита лишь усугубляет хаос. Технология нового типа кубитов ломает эту парадигму.

Как вы думаете, сможет ли это открытие ускорить появление квантовых компьютеров в нашей жизни? Лично мне кажется, что такие фундаментальные исследования важнее, чем сиюминутные рекорды по количеству кубитов. Они закладывают тот самый фундамент, без которого невозможно построить устойчивое здание.

Работа с квантовым процессором Zuchongzhi 2 — это шаг от количества к качеству. Это переход от демонстрации мощи к построению надежности. Путь вперед еще долог. Однако создание устойчивых квантовых состояний — это тот случай, когда научное сообщество не просто ставит очередную галочку, а действительно приближает будущее, в котором квантовые технологии перестанут быть лабораторным чудом и начнут менять мир.