Техгіганти просунулися у корекції квантових помилок

Журнал Nature опублікував дослідження Microsoft Quantum і розробника іонних квантових комп’ютерів Quantinuum про зниження логічних помилок на квантовому процесорі. Команди повідомили про поліпшення показників у 11–800 разів порівняно з зіставними фізичними схемами.

Окремо дослідницький підрозділ IBM Research описав підхід до пошуку нових кодів корекції квантових помилок за допомогою великих мовних моделей (LLM). Система на базі OpenEvolve знайшла 465 кандидатів, однак їхню практичну придатність ще належить перевірити.

Робота Microsoft Quantum і Quantinuum

Корекція помилок лишається одним із головних бар’єрів для масштабування квантових комп’ютерів. Сучасні кубіти чутливі до шуму та швидко накопичують помилки, тож тривалі обчислення вимагають логічних кубітів, декодерів і схем, які виявляють і виправляють збої в процесі роботи.

У статті Improved quantum processor logical error rates via correction and detection описано результати спільної роботи Microsoft Quantum і Quantinuum. В експерименті використали дві конструкції, оптимізовані для іонного процесора Quantinuum: 12-кубітний код, натхненний схемою Кнілла, і 16-кубітний tesseract color code. Перший кодує два логічні кубіти, другий — чотири.

За даними Microsoft, схеми охоплювали обчислення за участю до 12 логічних кубітів. Під час підготовки стану Белла рівень логічної помилки знизився приблизно з 0,8% для фізичної схеми до 0,001%, що дало 800-кратне поліпшення.

Повторна корекція помилок показала результат у 51 раз нижчий за фізичний базовий рівень за один раунд. Підготовка 12-кубітного cat state, тобто багатокубітного стану суперпозиції, дала поліпшення у 22 рази.

«Наші результати показують, що сучасні квантові пристрої вже здатні використовувати відмовостійкість і корекцію помилок для суттєвого пригнічення помилок у нетривіальних квантових схемах».

Microsoft також нагадала про попередні спільні результати з Quantinuum: понад 14 000 окремих експериментів без зафіксованих помилок, демонстрацію 12 надійних логічних кубітів і гібридну хімічну симуляцію із використанням логічних кубітів, ШІ та високопродуктивних обчислень.

IBM Research застосувала ШІ для пошуку кодів корекції

IBM Research повідомила про використання OpenEvolve для пошуку кодів корекції квантових помилок. OpenEvolve — відкрита бібліотека, що застосовує великі мовні моделі для еволюційного поліпшення програмного коду.

Команда сфокусувалася на bivariate bicycle-кодах. Це різновид квантових кодів із низькою щільністю перевірок на парність, які IBM враховує в дорожній карті відмовостійких квантових обчислень.

Параметри таких кодів записують у форматі [[n,k,d]], де n — число фізичних кубітів, k — число логічних кубітів, а d — відстань коду. Чим вищий d, тим більше помилок код здатен витримати до втрати корисності.

За підсумками перших прогонів система запропонувала 465 кандидатів. Серед них IBM виділила код [[288,50,8]] із 50 логічними кубітами проти попереднього рекорду в 16 для цього сімейства. Компанія також відзначила компактний код [[72,4,8]] із 72 фізичними кубітами та варіанти [[288,16,12]] і [[360,12,≤24]].

За оцінкою IBM, деякі кандидати за окремих типів шуму можуть бути співставні з кодом [[144,12,12]] gross code, який компанія планує використовувати у відмовостійких квантових комп’ютерах. Водночас IBM наголошує, що практична придатність знайдених кодів потребує подальшої перевірки.

Вихідний код проєкту qcode-discovery опубліковано на GitHub. Бібліотека OpenEvolve також доступна у відкритому репозиторії.

У червні 2025 року IBM заявила, що до 2029 року має намір побудувати IBM Quantum Starling — великомасштабний відмовостійкий квантовий комп’ютер на 200 логічних кубітів і 100 млн квантових вентилів. Архітектура системи також спирається на bivariate bicycle-коди.

Нагадаємо, у червні Quantum X Labs та дослідницький майданчик Quantum Machines IQCC повідомили про плани протестувати ШІ-декодер корекції квантових помилок.