Как искусственный интеллект учится исправлять ошибки квантовых компьютеров

Исследование, опубликованное в журнале Physical Review Research, совершило прорыв. Впервые было показано, что алгоритмы машинного обучения способны выявлять и корректировать специфические квантовые ошибки — так называемый «кубитный шум». Он рождается самой природой квантовой физики и является главной головной болью инженеров.

Победить этот шум — значит преодолеть самое серьёзное препятствие на пути квантовых компьютеров из экспериментальной фазы в рабочий инструмент. Согласитесь, компьютер, который постоянно ошибается, — не слишком полезен.

Что такое кубит и почему он такой хрупкий?

Обычные компьютеры работают на битах. Каждый бит — это либо 0, либо 1. Всё просто. А вот кубиты — квантовые биты — играют по своим правилам. Благодаря законам квантовой механики, они могут быть и 0, и 1, и тем и другим одновременно (состояние суперпозиции). Именно это обещает нам колоссальную вычислительную мощь для задач, неподъёмных для классических компьютеров.

Но у этой суперспособности есть обратная сторона. Квантовые состояния невероятно хрупки. Любое вмешательство извне — и кубит «разваливается», порождая в выводе компьютера шум и ошибки. Чтобы с этим бороться, учёные разрабатывают сложные коды квантовой коррекции ошибок. Это как сверхточная правка для текста, написанного дрожащей рукой.

На помощь приходит искусственный интеллект

И здесь на сцену выходит команда из австралийского Национального научного агентства (CSIRO). Они создали и обучили специальный нейросетевой декодер. Его задача — анализировать «симптомы» (синдромы) системы и ставить диагноз: где и какая ошибка произошла, а затем предлагать точное исправление.

Доктор Мухаммад Усман, руководитель группы, поясняет: их алгоритм способен эффективно работать со сложными, «грязными» ошибками реального квантового оборудования, а не только с идеальными теоретическими моделями.

«Наша работа впервые показывает, что обученный декодер может обрабатывать данные об ошибках, полученные прямо с реальных устройств IBM, и предлагать подходящие исправления, несмотря на крайне сложную природу шума», — говорит Усман.

Прогноз исследователей обнадёживает: по мере того, как в ближайшие годы уровень физических ошибок в кубитах будет снижаться, искусственный интеллект сможет обеспечить их эффективное подавление. Получается симбиоз: квантовые компьютеры дают мощь, а ИИ — стабильность. Разве не в этом секрет успеха?