IBM Heron продемонстрировал управление квантовым хаосом на 100 кубитах

Исследователи из Университета Рутгерса, IBM и других организаций реализовали адаптивную квантовую схему с измерениями, сбросом кубитов и обратной связью во время вычислений. Система из 100 кубитов переходила от хаотической динамики к управляемому состоянию — такая технология потребуется для будущих отказоустойчивых квантовых компьютеров.

Исследователи из Университета Рутгерса, IBM и ряда других организаций продемонстрировали адаптивные квантовые схемы, способные выполнять измерения, сбрасывать отдельные кубиты и использовать полученные результаты для управления системой непосредственно во время её работы. Статья об эксперименте опубликована 9 октября в Nature Physics.

Эксперимент проводился на сверхпроводящем 156-кубитном процессоре IBM Quantum Heron. Учёные использовали связанную цепочку длиной до 100 кубитов: одна часть алгоритма перемешивала квантовую информацию с помощью квантового аналога хаотического отображения Бернулли, а измерения и условная обратная связь пытались вернуть систему к заданному состоянию.

При изменении частоты управляющих операций исследователи наблюдали резкий динамический фазовый переход между хаотическим и контролируемым режимами. В крупнейших запусках процессор выполнил почти 5000 двухкубитных запутывающих операций и около 5000 промежуточных измерений и сбросов.

Эксперимент не представляет собой полноценную квантовую коррекцию ошибок и не создаёт отказоустойчивый компьютер. Однако он показывает, что современное оборудование уже может многократно координировать квантовые операции, измерения и обратную связь в крупной системе без остановки вычислений — это одна из необходимых возможностей для будущих отказоустойчивых машин.

Теоретическая работа началась с дружеского спора в 2021 году: физик Срирам Ганешан предположил, что изучаемый квантовый эффект имеет аналог в классической физике. Профессор Университета Рутгерса Джедедия Пиксли проиграл спор и угостил коллегу черничным мороженым, а возникшая в результате теория позднее легла в основу эксперимента.