Учёные выяснили, что квантовые компьютеры «забывают» большую часть своей работы

Исследователи обнаружили, что шум в квантовых схемах заставляет ранние этапы вычислений «затухать», оставляя влияние только на последние слои операций. Это означает, что даже сложные квантовые системы часто ведут себя гораздо проще, чем ожидалось.

Квантовые схемы состоят из множества небольших шагов (операций), которые совместно обрабатывают информацию. Нестабильность, известная как «шум», накапливается со временем и мешает всей последовательности.

Новое теоретическое исследование, проведённое учёными из EPFL, Свободного университета Берлина и Копенгагенского университета, показало, что шум накладывает строгое практическое ограничение на глубину квантовой схемы (количество последовательных шагов). Более того, шум делает части этих схем более лёгкими для моделирования на классических компьютерах.

Исследователи смоделировали большие группы квантовых схем, где каждый кубит испытывает шум после каждого шага. Математический анализ показал, что в большинстве зашумлённых квантовых схем лишь последние несколько шагов существенно влияют на результат. Влияние более ранних операций постепенно исчезает, «стираясь из памяти» по мере накопления шума.

Это объясняет, почему зашумлённые квантовые схемы всё ещё можно «обучать» для определённых задач — настройка схемы влияет на результат в основном благодаря активной роли финальных слоёв. Таким образом, глубокая схема, подверженная шуму, ведёт себя как более мелкая, и добавление шагов не обязательно повышает производительность.

Работа даёт более чёткое представление о реальных возможностях современных квантовых машин. Для многих задач простое увеличение глубины схемы вряд ли даст лучшие результаты. Будущий прогресс, вероятно, будет зависеть от снижения уровня шума или разработки схем, эффективно работающих несмотря на него.

Исследование опубликовано в журнале Nature Physics.