Компьютерра, 2007 № 37 (705) | страница 13

Важный алгоритм для измерения шумов, искажающих вычисления квантовых компьютеров, предложили ученые из Университета Ватерлоо (Канада) и Массачусетского технологического института. Благодаря этой работе станут возможными практические измерения шумов и сравнение различных реализаций квантовых вычислительных и коммуникационных систем.

Как известно, главный бич квантовых вычислений, пока ставящий под большое сомнение их практическую осуществимость, это декогеренция, или разрушение нежных квантовых состояний вследствие теплового шума. С этим явлением всячески борются как за счет применения алгоритмов коррекции ошибок, так и совершенствуя физические реализации квантовых компьютеров, но пока безуспешно. Мало того, сравнить различные квантовые компьютеры по уровню шума не представлялось возможным. А ведь физические механизмы и источники шумов, а также их влияние на вычисления в квантовых компьютерах на фотонах, захваченных ионах, ядерных спинах или полупроводниковых квантовых точках сильно разнятся. Как же их сравнить и какое направление развивать?

Теоретически шум в квантовом компьютере можно честно измерить с помощью так называемой томографии квантовых процессов. Но для такой процедуры надо определить все возможные конечные состояния квантового компьютера при всех возможных начальных состояниях. То есть для квантового компьютера из N кубит придется сделать около 24N измерений, и даже для скромного прототипа квантового компьютера из восьми кубит потребуется более четырех миллиардов замеров, что практически невозможно.

Канадские ученые обратили внимание на то, что, как правило, квантовые компьютеры содержат несколько (в перспективе много) одинаковых кубит, то есть система обладает определенным набором симметрий. А это значит, что симметричными должны быть и свойства шума и для его описания можно использовать меньше параметров. Так родилась идея симметризации, позволяющая заменить проверку на полном наборе начальных состояний проверкой реакции квантового компьютера только на определенный набор входных данных. Например, в случае компьютера из трех кубит достаточно измерить вероятности того, что ни один или ни два кубита "не испортились" в процессе вычислений. Измерения проводятся несколько раз, пока измеренные вероятности ошибок не достигнут необходимой точности. Число таких измерений медленно, как полином, растет с увеличением числа кубит, то есть методика применима даже для больших квантовых систем.