Kvantecomputere tager et stort skridt med fejlretningsgennembrud

Kvantecomputere tager et stort skridt med fejlretningsgennembrud

Tidsstempel: 4. april 2024 kl. 5
Kvantecomputere tager et stort skridt med fejlretningsgennembrud PlatoBlockchain Data Intelligence. Lodret søgning. Ai.

For at kvantecomputere kan gå fra forskningskuriositeter til praktisk brugbare enheder, skal forskerne have deres fejl under kontrol. Ny forskning fra Microsoft og Quantinuum har nu taget et stort skridt i den retning.

Dagens kvantecomputere sidder fast i den "støjende mellemskala kvante" (NISQ) æra. Mens virksomheder har haft en vis succes stringing et stort antal qubits sammen, er de meget modtagelige for støj, som hurtigt kan forringe deres kvantetilstande. Dette gør det umuligt at udføre beregninger med nok trin til at være praktisk anvendelige.

Mens nogle har hævdet, at disse støjende enheder stadig kan bruges i praksis, er konsensus, at kvantefejlkorrektionsskemaer vil være afgørende for, at teknologiens fulde potentiale kan realiseres. Men fejlkorrektion er vanskelig i kvantecomputere, fordi læsning af kvantetilstanden for en qubit får den til at kollapse.

Forskere har udtænkt måder at omgå dette ved hjælp af fejlkorrektionskoder, der spreder hver bit af kvanteinformation på tværs af flere fysiske qubits for at skabe det, der er kendt som en logisk qubit. Dette giver redundans og gør det muligt at opdage og rette fejl i de fysiske qubits uden at påvirke informationen i den logiske qubit.

Udfordringen er, at det indtil for nylig blev antaget, at det kunne tage omkring 1,000 fysiske qubits at skabe hver logisk qubit. Dagens største kvanteprocessorer har kun omkring så mange qubits, hvilket tyder på, at det stadig var et fjernt mål at skabe nok logiske qubits til meningsfulde beregninger.

Det ændrede sig sidste år, da forskere fra Harvard og startup QuEra viste, at de kunne generere 48 logiske qubits fra kun 280 fysiske. Og nu er samarbejdet mellem Microsoft og Quantinuum gået et skridt videre ved at vise, at de ikke kun kan skabe logiske qubits, men faktisk kan bruge dem til at undertrykke fejlrater med en faktor 800 og udføre mere end 14,000 eksperimentelle rutiner uden en eneste fejl.

"Det, vi gjorde her, giver mig gåsehud," Microsofts Krysta Svore fortalt New Scientist. "Vi har vist, at fejlkorrektion kan gentages, den virker, og den er pålidelig."

Forskerne arbejdede med Quantinuums H2 kvanteprocessor, som er afhængig af fanget-ion-teknologi og er relativt lille med kun 32 qubits. Men ved at anvende fejlkorrektionskoder udviklet af Microsoft, var de i stand til at generere fire logiske qubits, der kun oplevede en fejl hver 100,000 kørsler.

En af de største præstationer, noterer Microsoft-teamet sig i et blog-indlæg, var det faktum, at de var i stand til at diagnosticere og rette fejl uden at ødelægge de logiske qubits. Dette er takket være en tilgang kendt som "aktiv syndromekstraktion", som er i stand til at læse information om arten af ​​de støjpåvirkende qubits snarere end deres tilstand, Svore fortalt IEEE Spectrum.

Dog fejlkorrektionsskemaet havde en holdbarhed. Da forskerne udførte flere operationer på en logisk qubit, efterfulgt af fejlkorrektion, fandt de ud af, at i anden runde var fejlraterne kun halvdelen af ​​dem, der blev fundet i de fysiske qubits, og ved tredje runde var der ingen statistisk signifikant effekt.

Og hvor imponerende resultaterne end er, påpeger Microsoft-teamet i deres blogindlæg, at at skabe virkelig kraftfulde kvantecomputere vil kræve logiske qubits, der kun laver fejl én gang for hver 100. million operationer.

Uanset hvad markerer resultatet et massivt spring i muligheder for fejlkorrektion, som Quantinuum hævdede i en pressemeddelelse repræsenterer begyndelsen på en ny æra inden for kvanteberegning. Selvom det måske springer en smule over pistolen, tyder det bestemt på, at folks tidslinjer for, hvornår vi vil opnå fejltolerant kvanteberegning, muligvis skal opdateres.

Billede Credit: Quantinuum H2 kvantecomputer / Quantinuum

Tidsstempel:

Mere fra Singularitet Hub