By Kenna offentliggjort 12. september 2022
En af de største udfordringer ved at udvikle en kvantecomputer er fejl korrektion. Fejl inden for kvanteberegning er ret almindelige, primært på grund af miljøstøj og systemets generelle skrøbelighed. Disse fejl kan forårsage unøjagtige målinger og skævvride resultaterne af kvanteprogrammering. Mange virksomheder f.eks IBM , Google, arbejder på måder at rette disse fejl på eller genkalibrere kvantecomputere for at være mere fejlsikre. I et nyt papir fra Nature Communications, tilbyder et team fra Princeton University en alternativ metode til fejlkorrektion ved at se på et system kendt som "sletningsfejl."
Hvad er Quantum Error Correction (QEC)?
Fordi qubits, kerneenhederne i en kvantecomputer, er ganske skrøbelig, de er modtagelige for fejl. "Det centrale problem nu inden for kvanteberegning er at få nok high-fidelity qubits til at implementere kvantefejlkorrektion," forklarede Jeffrey Thompson, en lektor ved Princeton University og den ledende forsker på undersøgelsen i et interview med Inde i Quantum Technology. For de fleste typer kvantefejlkorrektion (QEC), bruges en algoritme til at identificere og rette fejl i kvantecomputeren. Selvom disse algoritmer er baseret på matematiske tilgange, er de langt fra perfekte. Som Thompson forklarede: "In standard kvantefejlkorrektion, skal du bestemme både placeringen og typen af fejl, der opstod på dine qubits, ud fra et begrænset sæt observationer, kendt som syndrommålinger." Selvom disse syndrommålinger er nyttige til at lokalisere fejl, fører de ikke altid til en vellykket fejlkorrektion. "Fejlrettelsen mislykkes, når du ikke har tilstrækkelig information til at foretage disse afgørelser utvetydigt, hvilket sker, når der er for mange fejl," tilføjede Thompson.
Finder sletningsfejl
I stedet for at løse dette problem ved at reducere det samlede antal fejl, arbejdede Thompson og hans team på at gøre fejlene nemmere at identificere. De fandt dette næsten ved et uheld, mens de studerede strukturen af ytterbium qubit. De to elektroner i ytterbiums ydre skal syntes ikke at være nøglen til at hjælpe med fejlkorrektion. Ved at dykke ned i de fysiske årsager til fejlen var forskerne i stand til at udvikle et system, hvor kilden til fejlen sletter eller eliminerer de unøjagtige data. Slettesystemet fungerede ved at forbinde kvantefejlene med energiskiftet i de ydre elektroner. Thompson kalder dette særlige system for en "slettefejl", og det kan hjælpe med at vise, hvor data er unøjagtige. "En 'sletningsfejl' er en speciel type nogensinde, der afslører sin egen placering, så du kan bruge mere af syndrominformationen til at finde ud af fejltypen," sagde Thompson. "Dette giver dig mulighed for at håndtere flere fejl og dermed øge effektiviteten af fejlkorrektion." Slettefejl er ret almindelige i klassisk databehandling, men er først nu overvejet i kvantedatabehandling.
Ved hjælp af slettefejl fandt forskerne ud af, at deres nye teknik kunne modstå en 4.1 % fejlrate, hvilket er muligt for nuværende kvantecomputere. Tidligere systemer kunne kun modstå en fejlrate på 1 %, før de blev overvældet med en højere fejlprocent. Thompson mener, at denne højere procentdel kan gøre en større kvantecomputer med flere qubits til en sandsynlig realitet. "Hvis du har qubits, der er forudindtaget i retning af slettefejl, behøver du ikke så mange, og de kan yde dårligere," tilføjede Thompson. "For visse rækker af parametre kan sletningsforspændte qubits kræve 10 x eller endda 100x færre qubits for at opnå et vist niveau af QEC-ydelse sammenlignet med konventionelle qubits." For mange virksomheder, der ønsker at opskalere deres kvantecomputere, kan et slettefejlsystem være nøglen til at nå disse mål. "Det kan være muligt at subtilt omdesigne eksisterende qubits for at opnå dette," sagde Thompson. "Der er stor interesse for denne idé."
Kenna Hughes-Castleberry er medarbejderskribent hos Inside Quantum Technology og Science Communicator på JILA (et partnerskab mellem University of Colorado Boulder og NIST). Hendes skrivebeats inkluderer deep tech, metaverset og kvanteteknologi. Du kan finde mere af hendes arbejde på hendes hjemmeside: https://kennacastleberry.com/
