Post #436

Когда говорят о будущем квантовых вычислений, чаще всего обсуждают большее число кубитов или меньший уровень ошибок Но существует и другой путь — использовать топологию, то есть такие свойства систем, которые не меняются при сгибании и растяжении, но не допускают разрывов и разрезаний В квантовой информатике это направление называют топологическими вычислениями, и оно обещает революционную устойчивость к ошибкам В обычных (NISQ) квантовых процессорах — кубиты очень чувствительны к мелким воздействиям, теплу, шуму, микроскопическим дефектам Любой неудачный импульс легко разрушает информацию Топологический подход предлагает «закодировать» кубит не в состояние какого-то атома или иона, а в целостную структуру системы — так, чтобы для разрушения квантовой информации понадобилось не просто сбой, а топологическое изменение всей системы (например, настоящая дырка или разрез) Главная идея — использовать особые квазичастицы, так называемые анионы, возникающие в двумерных топологических материалах (например, фракционный квантовый эффект Холла) Анионы можно перемещать по определённым траекториям, при этом их «пути» можно заплести (как косы!) — последовательность этих переплетений и есть реализация квантовых логических операций Когда две такие частицы (аниона) обмениваются местами, их общий волновой функционал испытывает топологически защищённое преобразование (так называемая браид-группа). Чем сложнее «коса» — тем более сложную квантовую операцию можно закодировать Информацию невозможно разрушить случайным воздействием, пока не будет изменён сам рисунок косы Лидером в этой области считается проект Microsoft StationQ: они инвестируют в изучение топологических сверхпроводников и поиск майорановских фермионов — частиц, в которых сложные заплетения островков сверхпроводимости могут работать как топологические кубиты В лабораториях компании Google, российских и китайских институтах, на чипах IBM — десятки коллективов уже пробуют собрать тестовые участки таких топологических квантовых систем — Главный плюс топологических кубитов — фантастическая устойчивость к ошибкам Теоретически можно построить вычислитель, которому не страшны шум и природные флуктуации — Топологические кубиты масштабируются: сложные гейты = сложные косы — Минус — колоссальная сложность физической реализации: топологические анионы обнаружены только в единичных экспериментах, системы требуют экстремальных условий (близких к абсолютному нулю), и пока не собрано ни одной полноценной рабочей топологической схемы Если топологические квантовые компьютеры станут реальностью, это новое качество — не просто больше операций, но и индустриальная надёжность «квантового железа» Это нужно для масштабных задач: криптография, научные супервычисления, управление материальными потоками на уровне молекул и ниже, долговременное хранение данных