[ad_1]
Wyścig w celu osiągnięcia odpornego na uszkodzenia przetwarzania kwantowego (FTQC) będzie wymagał wielu kroków, aby przekroczyć linię bramkową i zapewnić użyteczną zdolność, aby użytkownicy końcowi mogli ją wykorzystać w swoich aplikacjach. Ale Quantinuum oraz Microsoft przesunęli piłkę jeszcze bardziej w dół dzięki swojemu najnowszemu eksperymentowi.
Przegląd
Podstawowa kwantowa korekcja błędów łączy grupę podatnych na błędy fizycznych kubitów ze schematem kodowania, tworząc logiczny kubit, który wykazuje znacznie obniżony poziom błędów. Bardziej zaawansowane schematy zwiększają szybkość kodowania. Kluczową miarą pokazującą, jak skuteczna była korekcja błędów, jest separacja między wynikowymi poziomami błędów obwodów fizycznych i logicznych. W najnowszej demonstracji Quantinuum i Microsoft osiągnęły poprawę nawet 800-krotną.
W szczególności, zespół stworzył obwód, który tworzy cztery logiczne kubity z 30 fizycznych kubitów na procesorze H2 firmy Quantinuum. Obwód ten zmniejsza fizyczny poziom błędu dla obwodu z 0,008 (8×10-3) do 0,00001 (1×10-5) dla 800-krotnej poprawy. Oczywiście warto zacząć od dobrego poziomu błędu fizycznego, a maszyna H2 firmy Quantinuum jest pod tym względem najlepsza z obecnie dostępnych. Powinniśmy jednak przypomnieć wszystkim, że 10-5 poziom błędów jest wciąż daleki od celu Microsoftu, jakim jest 10-8 lub lepszy poziom błędu dla hybrydowego systemu kwantowego/klasycznego, który byłby naprawdę użyteczny. Ten poziom stopy błędów będzie musiał zostać osiągnięty poprzez ciągłą poprawę stopy błędów fizycznych kubitów, a także większe kody, które wykorzystują większą liczbę fizycznych kubitów na logiczny kubit, aby zapewnić większą odległość między słowami kodowymi.
Szczegóły techniczne
Szczegóły techniczne są takie, że zespół eksperymentował z dwoma różnymi kodami, aby osiągnąć ten wynik. Pierwszym z nich jest dobrze znany kod Steane’a który ma charakterystykę [[7,1,3]]podczas gdy drugi jest wersją Kod CSS nazywany jest kodem Carbon i ma następujące cechy [[12,2,4]]. (W tym zapisie pierwsza liczba reprezentuje liczbę fizycznych kubitów, druga to liczba kubitów logicznych, a pierwsza to odległość między słowami kodowymi. Im większa odległość między słowami kodowymi, tym lepsza ochrona przed błędami). 10-5 Poziom błędów pozwolił zespołowi na przeprowadzenie ponad 14 000 eksperymentów bez błędów. Byli również w stanie zademonstrować wielokrotną korekcję błędów za pomocą kodu Carbon. Microsoft zdefiniował kryteria dla odpornych obliczeń kwantowych, a ten postęp przenosi ich do bramy wyjściowej tego, co nazywają odpornymi obliczeniami kwantowymi poziomu 2. Konieczne są jednak dalsze udoskonalenia, aby odporność ta była elastyczna i uniwersalna. Ponadto nadal będą musieli przejść na poziom 3, aby zapewnić skalę i będzie to długoterminowy cel ich badań. Dla klientów, którzy chcą wypróbować odporne na błędy obliczenia kwantowe, Microsoft wskazał, że wkrótce udostępni te logiczne kubity do prywatnego podglądu klientom Azure Quantum Elements. Choć przy zaledwie garstce dostępnych kubitów aplikacje pozostaną ograniczone.
Następne kroki
Jak wskazaliśmy powyżej, praca ta stanowi nowy kamień milowy dla kwantowej korekcji błędów, ale wciąż jest daleka od ostatecznego celu. Najpilniejszą pracą powinno być pokazanie, w jaki sposób można wdrożyć to podejście, aby zapewnić więcej logicznych kubitów. Firma Quantinuum poinformowała, że zamierza rozszerzyć swój procesor H2 do obsługi do 50 fizycznych kubitów, więc być może będzie w stanie obsłużyć kilka dodatkowych kubitów logicznych, gdy to nastąpi.
Ponadto będą musieli wykazać, że mogą obsługiwać uniwersalny komputer kwantowy, który może zapewnić wszystkie typy bramek niezbędne do uruchomienia dowolnego algorytmu kwantowego. W tych badaniach wykorzystano tylko bramki z grupy Clifforda, ale będą one musiały również obsługiwać bramki inne niż Clifforda, takie jak bramka T lub bramka Toffoli. Aby to zrobić, zespół będzie musiał zbudować obwody znane jako fabryki stanów magicznych, aby zaimplementować te bramki inne niż Clifford. Te magiczne fabryki stanów będą również wymagały większej liczby kubitów.
Procesor H2 może obsługiwać pomiar w połowie obwodu i możliwość sprzężenia zwrotnego, co ostatecznie będzie niezbędne do korekcji błędów na dużą skalę. W tym eksperymencie nie wykorzystano funkcji sprzężenia zwrotnego, ale takie systemy będą jej ostatecznie wymagać do wprowadzania poprawek w czasie rzeczywistym.
Jednak poza obecną generacją H2, procesor Helios następnej generacji Quantinuum zostanie uruchomiony w 2025 roku i spodziewamy się, że będzie miał około 90 fizycznych kubitów i zapewni jeszcze lepszą wierność fizycznych kubitów. Procesor Helios wprowadzi, po raz pierwszy w komercyjnym urządzeniu QCCD, złącze X-junction jako część układu 2D. pułapki elektrod powierzchniowych, którą firma niedawno opisała na konferencji APS. Firma spodziewa się, że dzięki tej maszynie będzie w stanie uzyskać 10 lub więcej kubitów logicznych, a przejście z obecnej topologii liniowej do dwóch lub trzech wymiarów zapewni im ścieżkę do dalszego skalowania.
I oczywiście Microsoft kontynuuje badania nad swoimi topologicznymi kubitami, które mogą zapewnić przewagę w nadchodzących latach ze względu na ich potencjalne zalety w zakresie współczynników błędów kubitów, szybkości bramek i niewielkich rozmiarów fizycznych. (Zobacz nasz poprzedni artykuł w QCR na temat badań Microsoftu nad topologicznymi kubitami).
Przemyślenia GQI
Podsumowując to ogłoszenie, GQI uważa, że chociaż nie jest to jeszcze Sputnik moment dla obliczeń kwantowych odpornych na błędy, przy 800X to pierwszy raz, kiedy widzieliśmy, jak silnik rakietowy naprawdę się zapala.
Sprzęt Quantinuum H2 jest prawdziwie komercyjnym zestawem kwantowym o najwyższej dostępnej obecnie wierności. Quantinuum konsekwentnie realizuje obietnice zawarte w swojej kwantowej mapie drogowej i nie jest zaskoczeniem, że ten przełom został osiągnięty przy użyciu tego systemu. Oczekuje się, że ich architektura Helios następnej generacji zapewni dalszy wigor w ich planach skalowania.
W przypadku Microsoftu ich główne inicjatywy w dziedzinie kwantowej mogą wydawać się zróżnicowane: topologiczne kubity, sieci kwantowe, ramy programistyczne i oprogramowanie do chemii kwantowej. Eksperci dostrzegą jednak wspólny wątek kwantowego know-how w zakresie korekcji błędów.
Dodatkowe informacje
Więcej informacji można znaleźć w komunikacie prasowym Quantinuum tutaj oraz wpis na blogu Quantinuum tutaj. Microsoft opublikował dwa blogi na temat tych badań, które można zobaczyć tutaj oraz tutaj. Ponadto można obejrzeć krótki film wyprodukowany przez Microsoft tutaj. Wreszcie, można uzyskać dostęp do artykułu technicznego opisującego szczegółowo te badania tutaj i zostanie wkrótce opublikowany na stronie arXiv.
3 kwietnia 2024 r.
[ad_2]