Китайские учёные научились замедлять квантовый хаос с помощью 78-кубитного процессора
Китайские исследователи из Института физики Китайской академии наук совершили прорыв в понимании квантовых процессов, впервые напрямую наблюдая и контролируя явление предтермализации. Работа была выполнена с использованием квантового процессора Chuang tzu 2.0, обладающего 78 кубитами, и открывает новые возможности для управления декогеренцией — главным врагом квантовых вычислений.
В квантовых системах, как и в классическом мире, любое возмущение стремится вернуть систему в равновесие. Однако в мире квантов этот процесс, называемый декогеренцией, приводит к тому, что кубиты теряют закодированную в них информацию, а результаты вычислений становятся недоступными. До сих пор детальный механизм этого явления оставался загадкой, так как классические компьютеры неспособны рассчитать временные масштабы декогеренции для систем, состоящих из нескольких десятков кубитов.
Именно для решения этой задачи физики использовали квантовый компьютер Chuang tzu, который они сравнивают с аэродинамической трубой для истребителей. Профессор Фань Хэн пояснил, что для системы из почти 100 кубитов пространство состояний настолько огромно, что классическое моделирование невозможно, и только естественная квантовая природа процессора способна напрямую проявить сложные динамические законы.
В ходе экспериментов учёные впервые наблюдали промежуточный этап квантовой декогеренции — предтермализацию. Это состояние можно сравнить с плато, когда лёд тает, превращаясь в воду, но температура всей системы остаётся неизменной. На этом плато квантовая система сопротивляется наступлению хаоса и сохраняет заложенную в ней информацию. «На "Чжуан-цзы 2.0" мы отчетливо увидели, что в течение этого плато хаос подавляется, — отметил Фань. — Но как только этот период заканчивается, сложность системы резко возрастает, и информация полностью заполняет собой всю систему». Существование такого плато даёт учёным потенциальное временное окно для использования квантовой информации до того, как она рассеется.
Более того, исследователи обнаружили, что этим переходным состоянием можно управлять. Применив специально подобранную последовательность управляющих импульсов, они смогли регулировать продолжительность предтермализации, подобно тому как регулируется нагрев, увеличивая или уменьшая время жизни квантового состояния. Понимание механизмов термализации позволит в будущем создавать более управляемые квантовые операции и разрабатывать эффективные схемы квантовой коррекции ошибок, что напрямую повлияет на увеличение времени когерентности кубитов. Эта работа также является яркой демонстрацией того, как квантовые компьютеры помогают решать задачи, неподвластные классическим вычислительным машинам.