Метод назвали детерминированным бенчмаркингом  (ДБ). Он точнее и быстрее находит сбои в работе квантовых систем по сравнению с привычными методами.

Результаты опубликованы в издании Chemical Reviews.

Как работают квантовые операции и почему они ошибаются

Квантовые компьютеры решают задачи, недоступные обычным, но их точность зависит от квантовых гейтов — базовых операций, управляющих кубитами (квантовыми битами). Проблема в том, что гейты подвержены ошибкам из-за шумов и неточностей.

Ошибки бывают двух типов:

• Когерентные — системные, накапливаются быстро и предсказуемо, могут полностью нарушить вычисления.
• Некогерентные — случайные, вызваны взаимодействием с окружением, делают квантовый компьютер не лучше классического.

Квантовые вычисления упираются в точность гейтов, — объясняет Дэниел Лидар, один из авторов исследования.

Наш метод быстро находит оба типа ошибок, тогда как старые способы требуют куда больше данных.

Почему новый метод лучше

Стандартный подход — рандомизированный бенчмаркинг  (РБ) — усредняет ошибки в случайных последовательностях операций. ДБ вместо этого использует короткие, продуманные тесты, которые сразу показывают, где именно система дает сбой.

Раньше мы не видели разницы между типами ошибок, — говорит Эли Левенсон-Фальк, соавтор работы.

Теперь можем точно определить, что именно мешает работе, и исправить это.

Эксперименты на сверхпроводящих кубитах подтвердили: ДБ замечает даже мелкие отклонения, которые РБ пропускает. Метод требует меньше вычислений и дает больше информации.

Где это пригодится

• Квантовая химия — точные расчеты молекулярных структур.
• Материаловедение — моделирование новых материалов.

Сейчас ученые тестируют ДБ на двухкубитных операциях и пробуют адаптировать его для других платформ — ионных ловушек и фотонных систем.

Этот метод решает ключевую проблему: когерентные ошибки накапливаются как снежный ком и могут полностью разрушить квантовый алгоритм. Раньше их сложно было отделить от случайных шумов, теперь — можно.

Что это дает:

• Экономия времени — меньше экспериментов, больше данных.
• Точная настройка — инженеры видят, какие параметры гейтов нужно корректировать.
• Гибкость — метод применим не только к сверхпроводящим кубитам.

В долгосрочной перспективе это ускорит создание устойчивых квантовых процессоров для реальных задач — от разработки лекарств до взлома шифров.

Ранее мы перечислили новейшие разработки в области квантовых вычислений.