Среда, 21 февраля, 2024
ДомойТехнологииПоиск и удаление ошибок квантовых вычислений в режиме реального времени

Поиск и удаление ошибок квантовых вычислений в режиме реального времени

- Advertisement -

Исследователи разработали новаторский метод выявления ошибок в квантовых компьютерах, значительно повышающий эффективность исправления ошибок. Это достижение использует мониторинг ошибок в квантовых вычислениях в режиме реального времени, что знаменует собой значительный сдвиг в исследованиях квантовых вычислений. Фото: SciTechDaily.com

Благодаря быстрому импульсу света исследователи теперь могут находить и стирать ошибки в режиме реального времени.

Исследователи разработали метод, который может выявить местонахождение ошибок в квантовых компьютерах, что упрощает их исправление до десяти раз. По словам исследователей, это значительно ускорит прогресс в создании крупномасштабных квантовых компьютеров, способных решать самые сложные вычислительные проблемы в мире.

Под руководством Университет ПринстонДжефф Томпсон, команда продемонстрировала способ определить, когда возникают ошибки в квантовых компьютерах, проще, чем когда-либо прежде. Это новое направление исследований в области квантовые вычисления аппаратное обеспечение, которое чаще всего стремится просто снизить вероятность возникновения ошибки.

Инновационный подход в квантовых вычислениях

Статья, подробно описывающая новый подход, была недавно опубликована в журнале. Природа. Среди сотрудников Томпсона Шрути Пури в Йельский университет и Гвидо Пупилло из Страсбургского университета.

Физики изобретают новые кубиты – основной компонент квантовых компьютеров – уже почти три десятилетия и постоянно совершенствуют эти кубиты, чтобы они стали менее хрупкими и менее подверженными ошибкам. Но некоторые ошибки неизбежны, какими бы хорошими ни были кубиты. Центральным препятствием на пути будущего развития квантовых компьютеров является возможность исправить эти ошибки. Однако, чтобы исправить ошибку, сначала необходимо выяснить, произошла ли ошибка и где она находится в данных. И, как правило, процесс проверки на наличие ошибок приводит к появлению новых ошибок, которые приходится находить заново и так далее.

По словам Томпсона, доцента кафедры электротехники и вычислительной техники, способность квантовых компьютеров справляться с этими неизбежными ошибками в течение этого длительного периода оставалась более или менее неизменной. Он понял, что существует возможность скорректировать определенные виды ошибок.

«Не все ошибки одинаковы», — сказал он.

Исследователи под руководством Джеффа Томпсона из Принстонского университета разработали метод, который в 10 раз упрощает исправление ошибок в квантовом компьютере. Фото: Фрэнк Войцеховский.

Достижения в области квантовой коррекции ошибок

Лаборатория Томпсона работает над квантовым компьютером на основе нейтральных атомов. Внутри камеры сверхвысокого вакуума, которая определяет компьютер, кубиты хранятся в вращении отдельных атомов иттербия, удерживаемых на месте сфокусированными лазерными лучами, называемыми оптическими пинцетами. В этой работе группа под руководством аспиранта Шуо Ма использовала массив из 10 кубитов, чтобы охарактеризовать вероятность возникновения ошибок при первом манипулировании каждым кубитом по отдельности, а затем совместном манипулировании парами кубитов.

Они обнаружили уровень ошибок, близкий к современному уровню для системы такого типа: 0,1 процента на операцию для одиночных кубитов и 2 процента на операцию для пар кубитов.

Однако главный результат исследования — не только низкие показатели ошибок, но и другой способ их характеристики без разрушения кубитов. Используя другой набор энергетических уровней внутри атом Для хранения кубита, по сравнению с предыдущей работой, исследователи смогли контролировать кубиты во время вычислений, чтобы обнаружить возникновение ошибок в режиме реального времени. В результате этого измерения кубиты с ошибками излучают вспышку света, в то время как кубиты без ошибок остаются темными и не подвергаются воздействию.

Этот процесс преобразует ошибки в тип ошибки, известный как ошибка стирания. Ошибки стирания изучались в контексте кубитов, созданных из фотонов, и давно известно, что их легче исправить, чем ошибки в неизвестных местах, сказал Томпсон. Однако эта работа — первый случай, когда модель ошибки стирания была применена к кубитам, основанным на материи. Из этого следует теоретическое предложение в прошлом году от Томпсона, Пури и Шимона Колковица из Калифорнийского университета в Беркли.

В ходе демонстрации примерно 56 процентов однокубитных ошибок и 33 процента двухкубитных ошибок были обнаружены до окончания эксперимента. Важно отметить, что проверка на наличие ошибок не приводит к значительному увеличению количества ошибок: исследователи показали, что проверка увеличивает количество ошибок менее чем на 0,001 процента. По словам Томпсона, количество обнаруживаемых ошибок можно улучшить с помощью дополнительных инженерных разработок.

Внутренняя часть квантовой вычислительной системы на основе нейтрального атома иттербия, разработанной в лаборатории Томпсона. Фото: Фрэнк Войцеховский.

Важные результаты и будущие последствия

Исследователи полагают, что благодаря новому подходу около 98 процентов всех ошибок можно будет обнаружить с помощью оптимизированных протоколов. Это могло бы снизить вычислительные затраты на реализацию коррекции ошибок на порядок и более.

Другие группы уже начали адаптировать эту новую архитектуру обнаружения ошибок. Исследователи из Amazon Web Services и отдельная группа из Йельского университета независимо друг от друга показали, как эта новая парадигма может также улучшить системы, использующие сверхпроводящие кубиты.

«Нам нужны достижения во многих различных областях, чтобы сделать возможными полезные крупномасштабные квантовые вычисления. Одна из проблем системной инженерии заключается в том, что достижения, которые вы предлагаете, не всегда складываются конструктивно. Они могут потянуть вас в разные стороны», — сказал Томпсон. «Что хорошо в преобразовании со стиранием, так это то, что его можно использовать во многих различных кубитах и ​​компьютерных архитектурах, поэтому его можно гибко развертывать в сочетании с другими разработками».

Ссылка: «Высокоточные вентили и преобразование стирания в середине схемы в атомном кубите» Шуо Ма, Генюэ Лю, Пай Пэн, Бичен Чжан, Свен Яндура, Джахан Клаас, Алекс П. Бургерс, Гвидо Пупилло, Шрути Пури и Джефф Д. Томпсон, 11 октября 2023 г., Природа.
DOI: 10.1038/s41586-023-06438-1

Среди других авторов статьи «Высокоточные вентили со стиранием в середине схемы в кубите метастабильного нейтрального атома» — Шуо Ма, Генюэ Лю, Пай Пэн, Бичен Чжан и Алекс П. Бургерс из Принстона; Свен Яндура в Страсбурге; и Джахан Клаас в Йельском университете. Эта работа частично поддерживалась Управлением армейских исследований, Управлением военно-морских исследований, ДАРПАНациональный научный фонд и Фонд Слоана.

Исходная ссылка

- Advertisement -

Популярное по теме