[ad_1]
Aby komputery kwantowe mogły przejść od ciekawostek badawczych do praktycznie użytecznych urządzeń, naukowcy muszą uzyskać kontrolę nad błędami. Nowe badania przeprowadzone przez Microsoft i Quantinuum stanowią ważny krok w tym kierunku.
Dzisiejsze komputery kwantowe utknęły mocno w erze „hałaśliwych kwantów pośredniej skali” (NISQ). Chociaż firmy odniosły pewne sukcesy w łączeniu ze sobą dużej liczby kubitów, są one bardzo podatne na szum, który może szybko pogorszyć ich stany kwantowe. Uniemożliwia to wykonywanie obliczeń z wystarczającą liczbą kroków, aby były one praktycznie użyteczne.
Chociaż niektórzy twierdzą, że te hałaśliwe urządzenia mogą być nadal wykorzystywane w praktyce, panuje zgoda co do tego, że kwantowe systemy korekcji błędów będą miały kluczowe znaczenie dla pełnego wykorzystania potencjału tej technologii. Korekcja błędów jest jednak trudna w komputerach kwantowych, ponieważ odczyt stanu kwantowego kubitu powoduje jego załamanie.
Naukowcy opracowali sposoby obejścia tego problemu za pomocą kodów korekcji błędów, które rozkładają każdy bit informacji kwantowej na wiele fizycznych kubitów, tworząc tak zwany logiczny kubit. Zapewnia to redundancję i umożliwia wykrywanie i korygowanie błędów w fizycznych kubitach bez wpływu na informacje w logicznym kubicie.
Wyzwanie polega na tym, że do niedawna zakładano, że do utworzenia każdego logicznego kubitu potrzeba około 1000 fizycznych kubitów. Dzisiejsze największe procesory kwantowe mają tylko około tylu kubitów, co sugeruje, że stworzenie wystarczającej liczby logicznych kubitów do sensownych obliczeń było wciąż odległym celem.
Zmieniło się to w zeszłym roku, kiedy naukowcy z Harvardu i startupu QuEra wykazali, że mogą wygenerować 48 logicznych kubitów z zaledwie 280 fizycznych. A teraz współpraca Microsoftu i Quantinuum poszła o krok dalej, pokazując, że mogą nie tylko tworzyć logiczne kubity, ale także wykorzystywać je do tłumienia błędów o współczynnik 800 i przeprowadzania ponad 14 000 procedur eksperymentalnych bez jednego błędu.
„To, co tutaj zrobiliśmy, przyprawia mnie o gęsią skórkę”, Krysta Svore z Microsoftu powiedziała New Scientist. „Wykazaliśmy, że korekcja błędów jest powtarzalna, działa i jest niezawodna”.
Naukowcy pracowali z procesorem kwantowym H2 firmy Quantinuum, który opiera się na technologii uwięzionych jonów i jest stosunkowo niewielki – ma zaledwie 32 kubity. Jednak stosując kody korekcji błędów opracowane przez Microsoft, byli w stanie wygenerować cztery logiczne kubity, które doświadczały błędu tylko co 100 000 uruchomień.
Jednym z największych osiągnięć, jak zauważa zespół Microsoft w dokumencie wpisie na blogu, był fakt, że byli w stanie zdiagnozować i poprawić błędy bez niszczenia logicznych kubitów. Jest to możliwe dzięki podejściu znanemu jako „aktywna ekstrakcja syndromów”, które jest w stanie odczytać informacje o naturze szumu wpływającego na kubity, a nie o ich stanie, Svore powiedział IEEE Spectrum.
Jednak schemat korekcji błędów miał okres trwałości. Kiedy naukowcy przeprowadzili wiele operacji na logicznym kubicie, a następnie dokonali korekcji błędów, odkryli, że w drugiej rundzie poziomy błędów były tylko o połowę niższe niż w przypadku fizycznych kubitów, a w trzeciej rundzie nie było statystycznie istotnego wpływu.
I choć wyniki są imponujące, zespół Microsoftu wskazuje w swoim wpisie na blogu, że stworzenie naprawdę potężnych komputerów kwantowych będzie wymagało logicznych kubitów, które popełniają błędy tylko raz na 100 milionów operacji.
Niezależnie od tego, wynik oznacza ogromny skok w możliwościach korekcji błędów, które Quantinuum twierdziło w komunikacie prasowym reprezentuje początek nowej ery w obliczeniach kwantowych. Chociaż może to być lekki przeskok, z pewnością sugeruje, że ludzkie ramy czasowe dotyczące tego, kiedy osiągniemy odporne na błędy obliczenia kwantowe, mogą wymagać aktualizacji.
Image Credit: Komputer kwantowy Quantinuum H2 / Quantinuum
[ad_2]