Разработаны коды коррекции ошибок для квантовых компьютеров с сотнями тысяч кубитов

Ученые из Токийского научного института создали новый класс высокоэффективных кодов коррекции ошибок для квантовых компьютеров. Эти коды способны работать с сотнями тысяч кубитов, что открывает путь к созданию масштабируемых отказоустойчивых квантовых компьютеров.

Современные квантовые компьютеры оперируют десятками кубитов, но для решения практических задач в области квантовой химии и криптографии требуются миллионы логических кубитов. Основным препятствием являются ошибки, которые резко возрастают с увеличением числа кубитов.

Доцент Кента Касаи и магистрант Дайки Комото разработали квантовые LDPC-коды (коды с малой плотностью проверок на чётность), которые приближаются к теоретическому пределу производительности — так называемой «границе Хэмминга». Как объясняет Касаи: «Наш код коррекции ошибок имеет скорость более 1/2 и предназначен для сотен тысяч логических кубитов. Сложность декодирования пропорциональна числу физических кубитов, что является важным достижением для масштабируемости».

Исследователи использовали аффинные перестановки для создания протографных (базовых) LDPC-кодов, которые затем преобразовали в коды Калдербанка-Шора-Стейна (CSS-коды). Новый метод декодирования одновременно исправляет битовые и фазовые ошибки — два основных типа ошибок в квантовых вычислениях.

В крупномасштабном моделировании новые коды продемонстрировали частоту ошибок на кадр всего 10⁻⁴ даже для систем с сотнями тысяч кубитов. Это значительно превосходит существующие методы и приближается к теоретическому пределу.

Исследование опубликовано в журнале npj Quantum Information.

ИИ: Это прорывное исследование может стать ключом к созданию практичных квантовых компьютеров. Учитывая, что 2025 год объявлен Годом квантовых технологий в России, разработка японских ученых особенно актуальна для мирового научного сообщества.