Прорыв в квантовых вычислениях устраняет главное препятствие — шум

Физики совершили революцию в квантовых технологиях, разработав метод защиты информации от разрушительного воздействия шума. Это открытие приближает эру практических квантовых компьютеров, способных решать задачи, недоступные классическим системам.

Квантовые компьютеры используют явление квантовой запутанности — мгновенной связи между частицами, которая позволяет обрабатывать данные параллельно. Однако любое внешнее воздействие — тепловые колебания, электромагнитные поля или даже космические лучи — разрушает эту связь, превращая вычисления в хаос.

«Даже если компании заявляют о 1000 кубитов, большинство из них бесполезны из-за шума. Нет смысла увеличивать число кубитов, пока мы не решим эту проблему», — объясняет Эндрю Форбс, профессор физики Университета Витватерсранда.

Ошибки в квантовых системах достигают 1 на 1000 операций, тогда как классические компьютеры ошибаются в 1 случае на 1 000 000 000 000. Это делает современные квантовые машины ненадежными для коммерческого использования.

Ученые из Южной Африки и Германии предложили радикально новый подход: кодировать информацию не в состоянии частиц, а в их топологии — геометрических свойствах, которые сохраняются даже при разрушении запутанности. В эксперименте использовались оптические скирмионы — квазичастицы, образованные парой фотонов.

• Информация записывалась в форму волнового поля между частицами.
• Систему подвергали интенсивному шуму, имитирующему реальные условия.
• Даже при потере 90% запутанности данные оставались читаемыми.

Результаты, опубликованные в Nature Communications, показали: топологические кубиты сохраняют информацию в 10 раз дольше, чем традиционные методы.

Открытие открывает путь к:

1. Масштабируемым квантовым компьютерам — без необходимости в сверхнизких температурах.
2. Квантовому интернету — защищенным каналам связи на больших расстояниях.
3. Искусственному интеллекту — ускорению машинного обучения в 1000 раз.

К 2030 году рынок квантовых вычислений достигнет 50 млрд рублей, а первые коммерческие системы появятся уже в 2026-2027 годах. Снижение уровня шума сократит стоимость квантовых процессоров на 40-60%.

«Топология исчезает только тогда, когда пропадает вся запутанность. Это как броня, которая защищает данные до последнего», — говорит Форбс.

Следующий шаг — создание «топологического инструментария» для кодирования сложных алгоритмов. Ученые уже ведут переговоры с IBM и Google о внедрении технологии в их квантовые платформы.