25. september 2023 - MIT-forskere rapporterer, at de har demonstreret en ny superledende qubit-arkitektur, der kan udføre operationer mellem qubits med større nøjagtighed og adressere en vejblokering for kommerciel brug af kvantecomputere: fejlkorrektion.
Forskerne brugte en relativt ny type superledende qubit, kendt som fluxonium, som kan have en levetid, der er længere end mere almindeligt anvendte superledende qubits. For at realisere løftet eller kvanteberegningen skal kvanteversioner af fejlkorrektionskoder være i stand til at tage højde for beregningsfejl hurtigere, end de opstår. Men nutidens kvantecomputere er endnu ikke robuste nok til at realisere en sådan fejlkorrektion på kommercielt relevante skalaer.
Arkitekturen brugt af MIT-forskerne involverer et særligt koblingselement mellem to fluxonium-qubits, der gør dem i stand til at udføre logiske operationer, kendt som porte, på en meget nøjagtig måde. Det undertrykker en type uønsket baggrundsinteraktion, der kan introducere fejl i kvanteoperationer.
Denne tilgang muliggjorde to-qubit-gates, der oversteg 99.9 procents nøjagtighed og single-qubit-gates med 99.99 procents nøjagtighed. Derudover implementerede forskerne denne arkitektur på en chip ved hjælp af en udvidelsesbar fremstillingsproces.
"At bygge en kvantecomputer i stor skala starter med robuste qubits og porte. Vi viste et meget lovende to-qubit-system og fremlagde dets mange fordele for skalering. Vores næste skridt er at øge antallet af qubits,” siger Leon Ding PhD '23, som var fysikstuderende i Engineering Quantum Systems (EQuS)-gruppen og er hovedforfatter på en artikel om denne arkitektur.
Ding skrev papiret sammen med Max Hays, en EQuS postdoc; Youngkyu Sung PhD '22; Bharath Kannan PhD '22, som nu er administrerende direktør for Atlantic Quantum; Kyle Serniak, en stabsforsker og teamleder ved MIT Lincoln Laboratory; og seniorforfatter William D. Oliver, Henry Ellis Warren-professor i elektroteknik og datalogi og i fysik, direktør for Center for Quantum Engineering, leder af EQuS og associeret direktør for Research Laboratory of Electronics; samt andre ved MIT og MIT Lincoln Laboratory. Forskningen vises i dag i Fysisk gennemgang X.
Nyt bud på Fluxonium Qubit
I en klassisk computer er porte logiske operationer udført på bits (en serie af 1'ere og 0'er), som muliggør beregning. Porte ind quantum computing kan tænkes på samme måde - en enkelt qubit-gate er en logisk operation på én qubit, mens en to-qubit-gate er en operation, der afhænger af tilstanden af to forbundne qubits.
Fidelity måler nøjagtigheden af kvanteoperationer udført på disse porte. Porte med den højest mulige troskab er essentielle, fordi kvantefejl akkumuleres eksponentielt. Med milliarder af kvanteoperationer, der forekommer i et system i stor skala, kan en tilsyneladende lille mængde fejl hurtigt få hele systemet til at svigte.
I praksis ville man bruge fejlkorrigerende koder for at opnå så lave fejlprocenter. Der er dog en "troskabstærskel", som operationerne skal overskride for at implementere disse koder. Ydermere, at skubbe troskaberne langt ud over denne tærskel reducerer den overhead, der er nødvendig for at implementere fejlkorrigerende koder.
I mere end et årti har forskere primært brugt transmon-qubits i deres bestræbelser på at bygge kvantecomputere. En anden type superledende qubit, kendt som en fluxonium-qubit, opstod for nylig. Fluxonium-qubits har vist sig at have længere levetid eller kohærenstider end transmon-qubits.
Kohærenstid er et mål for, hvor længe en qubit kan udføre operationer eller køre algoritmer, før al information i qubit går tabt.
"Jo længere en qubit lever, jo højere troskab har den en tendens til at fremme. Disse to tal er bundet sammen. Men det har været uklart, selv når fluxonium-qubits i sig selv klarer sig ret godt, om man kan udføre gode porte på dem,” siger Ding.
For første gang fandt Ding og hans samarbejdspartnere en måde at bruge disse længerevarende qubits i en arkitektur, der kan understøtte ekstremt robuste high-fidelity-porte. I deres arkitektur var fluxonium-qubits i stand til at opnå kohærenstider på mere end et millisekund, omkring 10 gange længere end traditionelle transmon-qubits.
"I løbet af de sidste par år har der været flere demonstrationer af fluxonium, der klarer sig bedre end transmons på enkelt-qubit-niveau," siger Hays. "Vores arbejde viser, at dette præstationsboost også kan udvides til interaktioner mellem qubits."
Fluxonium qubits er udviklet i et tæt samarbejde med MIT Lincoln Laboratory, (MIT-LL), som har ekspertise i design og fremstilling af strækbare superledende qubit-teknologier.
"Dette eksperiment var eksemplarisk for det, vi kalder 'one-team-modellen': det tætte samarbejde mellem EQuS-gruppen og det superledende qubit-team på MIT-LL," siger Serniak. "Det er værd at fremhæve her specifikt bidraget fra fabrikationsteamet på MIT-LL - de udviklede evnen til at konstruere tætte arrays af mere end 100 Josephson-kryds specifikt til fluxoniums og andre nye qubit-kredsløb."
En stærkere forbindelse
Deres nye arkitektur involverer et kredsløb, der har to fluxonium-qubits i hver ende, med en tunbar transmon-kobler i midten for at forbinde dem. Denne fluxonium-transmon-fluxonium (FTF)-arkitektur muliggør en stærkere kobling end metoder, der direkte forbinder to fluxonium-qubits.
FTF minimerer også uønskede interaktioner, der opstår i baggrunden under kvanteoperationer. Typisk kan stærkere koblinger mellem qubits føre til mere af denne vedvarende baggrundsstøj, kendt som statiske ZZ-interaktioner. Men FTF-arkitekturen afhjælper dette problem.
Evnen til at undertrykke disse uønskede interaktioner og de længere kohærenstider for fluxonium-qubits er to faktorer, der gjorde det muligt for forskerne at demonstrere single-qubit-gate-fidelity på 99.99 procent og to-qubit-gate-fidelity på 99.9 procent.
Disse gate-fideliteter er et godt stykke over den tærskel, der er nødvendig for visse almindelige fejlkorrigerende koder, og bør muliggøre fejldetektering i større systemer.
"Kvantefejlkorrektion bygger systemets modstandsdygtighed gennem redundans. Ved at tilføje flere qubits kan vi forbedre systemets overordnede ydeevne, forudsat at qubits individuelt er 'gode nok'. Tænk på at prøve at udføre en opgave med et værelse fyldt med børnehaver. Det er meget kaos, og tilføjelse af flere børnehaver vil ikke gøre det bedre,” forklarer Oliver. "Men flere modne kandidatstuderende, der arbejder sammen, fører til præstationer, der overstiger enhver af individerne - det er tærskelkonceptet. Selvom der stadig er meget at gøre for at bygge en kvantecomputer, der kan udvides, starter det med at have kvanteoperationer af høj kvalitet, der er langt over tærsklen."
Med udgangspunkt i disse resultater har Ding, Sung, Kannan, Oliver og andre for nylig grundlagt en opstart af kvantecomputere, Atlantisk kvante. Virksomheden søger at bruge fluxonium qubits til at bygge en levedygtig kvantecomputer til kommercielle og industrielle applikationer.
"Disse resultater er umiddelbart anvendelige og kan ændre hele feltets tilstand. Dette viser samfundet, at der er en alternativ vej fremad. Vi er overbeviste om, at denne arkitektur, eller sådan noget ved hjælp af fluxonium-qubits, viser et stort løfte i forhold til faktisk at bygge en nyttig, fejltolerant kvantecomputer,” siger Kannan.
Selvom en sådan computer stadig sandsynligvis er 10 år væk, er denne forskning et vigtigt skridt i den rigtige retning, tilføjer han. Dernæst planlægger forskerne at demonstrere fordelene ved FTF-arkitekturen i systemer med mere end to forbundne qubits.
Dette arbejde blev delvist finansieret af US Army Research Office, Undersecretary of Defense for Research and Engineering, et IBM PhD-stipendium, Korea Foundation for Advance Studies og National Defense Science and Engineering Graduate Fellowship Program.
Kilde: Dette er en revideret version af en historie af Adam Zewe, MIT News
- SEO Powered Content & PR Distribution. Bliv forstærket i dag.
- PlatoData.Network Vertical Generative Ai. Styrk dig selv. Adgang her.
- PlatoAiStream. Web3 intelligens. Viden forstærket. Adgang her.
- PlatoESG. Kulstof, CleanTech, Energi, Miljø, Solenergi, Affaldshåndtering. Adgang her.
- PlatoHealth. Bioteknologiske og kliniske forsøgs intelligens. Adgang her.
- Kilde: https://insidehpc.com/2023/09/mit-qubit-architecture-achieves-progress-on-quantum-error-correction/
- :har
- :er
- :ikke
- 10
- 100
- 13
- 2023
- 25
- 9
- a
- evne
- I stand
- Om
- over
- Konto
- Ophobe
- nøjagtighed
- præcis
- opnå
- opnår
- faktisk
- Adam
- tilføje
- Desuden
- adressering
- Tilføjer
- fremme
- fordele
- algoritmer
- Alle
- også
- beløb
- an
- analyse
- ,
- En anden
- enhver
- kommer til syne
- anvendelig
- applikationer
- tilgang
- arkitektur
- ER
- Army
- AS
- Associate
- At
- forfatter
- væk
- baggrund
- BE
- fordi
- været
- før
- Tro
- Bedre
- mellem
- Beyond
- milliarder
- boost
- bygge
- Bygning
- bygger
- men
- by
- ringe
- CAN
- kapacitet
- Årsag
- center
- Direktør
- vis
- lave om
- Chaos
- chip
- Luk
- koder
- samarbejde
- kommerciel
- kommercielt
- Fælles
- almindeligt
- samfund
- selskab
- beregning
- computer
- Datalogi
- computere
- computing
- Konceptet
- Tilslut
- tilsluttet
- konstruere
- bidrag
- kunne
- Par
- årti
- Forsvar
- demonstrere
- demonstreret
- afhænger
- Design
- Detektion
- udviklet
- retning
- direkte
- Direktør
- do
- i løbet af
- indsats
- enten
- Elektronik
- element
- muliggøre
- aktiveret
- muliggør
- ende
- Engineering
- nok
- Hele
- fejl
- fejl
- væsentlig
- Endog
- overskredet
- overstiger
- eksperiment
- ekspertise
- Forklarer
- eksponentielt
- ekstremt
- faktorer
- FAIL
- langt
- hurtigere
- troskab
- felt
- Fornavn
- første gang
- Til
- Videresend
- fundet
- Foundation
- Grundlagt
- fuld
- finansierede
- Endvidere
- Gates
- godt
- eksamen
- stor
- større
- gruppe
- Have
- have
- he
- Henry
- link.
- Høj ydeevne
- høj kvalitet
- højere
- højeste
- fremhæve
- stærkt
- hans
- Hvordan
- Men
- HTTPS
- IBM
- if
- straks
- gennemføre
- implementeret
- vigtigt
- Forbedre
- in
- Forøg
- Individuelt
- enkeltpersoner
- industrielle
- oplysninger
- interaktion
- interaktioner
- ind
- indføre
- IT
- ITS
- deltage
- kendt
- korea
- Kyle
- laboratorium
- storstilet
- Efternavn
- føre
- leder
- Leads
- Niveau
- levetid
- ligesom
- Lincoln
- Lives
- logisk
- Lang
- længere
- tabte
- Lot
- Lav
- lave
- måde
- mange
- modne
- max
- max-bredde
- måle
- foranstaltninger
- metoder
- Mellemøsten
- minimerer
- MIT
- mere
- meget
- skal
- national
- behov
- Ny
- nyheder
- næste
- Støj
- roman
- nu
- nummer
- numre
- forekommende
- of
- off
- Office
- on
- ONE
- drift
- Produktion
- or
- stammer
- Andet
- Andre
- vores
- ud
- at overgå
- samlet
- Papir
- del
- sti
- procent
- Udfør
- ydeevne
- udføres
- phd
- Fysik
- fly
- plato
- Platon Data Intelligence
- PlatoData
- mulig
- praksis
- primært
- sandsynligvis
- Problem
- behandle
- Professor
- Program
- Progress
- løfte
- lovende
- fremme
- forudsat
- Pushing
- Quantum
- Kvantecomputer
- kvantecomputere
- quantum computing
- kvantefejlkorrektion
- kvantesystemer
- qubit
- qubits
- hurtigt
- priser
- indse
- for nylig
- reducerer
- relativt
- relevant
- indberette
- Rapporter
- forskning
- forskere
- modstandskraft
- Resultater
- gennemgå
- højre
- robust
- Værelse
- Kør
- s
- samme
- siger
- skalaer
- skalering
- Videnskab
- Videnskabsmand
- søger
- tilsyneladende
- senior
- Series
- flere
- bør
- viste
- vist
- Shows
- enkelt
- lille
- noget
- særligt
- specifikt
- Personale
- starter
- opstart
- Tilstand
- Stater
- Trin
- Stadig
- Story
- stærkere
- kraftigt
- studerende
- Studerende
- undersøgelser
- sådan
- superledende
- support
- overgå
- systemet
- Systemer
- Tag
- Opgaver
- hold
- Teknologier
- tendens
- vilkår
- end
- at
- oplysninger
- Staten
- deres
- Them
- selv
- Der.
- Disse
- de
- tror
- denne
- tænkte
- tærskel
- Gennem
- Tied
- tid
- gange
- til
- i dag
- nutidens
- sammen
- traditionelle
- forsøger
- to
- typen
- typisk
- os
- uønsket
- brug
- anvendte
- ved brug af
- udnyttet
- udgave
- versioner
- levedygtig
- warren
- var
- Vej..
- we
- GODT
- var
- Hvad
- hvornår
- som
- mens
- WHO
- william
- med
- Arbejde
- arbejder
- værd
- ville
- skrev
- år
- endnu
- Du
- zephyrnet