Οι κβαντικοί υπολογιστές κάνουν ένα σημαντικό βήμα με τη διόρθωση σφαλμάτων

Για να μεταβούν οι κβαντικοί υπολογιστές από τα ερευνητικά περιέργεια σε πρακτικά χρήσιμες συσκευές, οι ερευνητές πρέπει να ελέγχουν τα λάθη τους. Νέα έρευνα από τη Microsoft και την Quantinuum έχει κάνει τώρα ένα σημαντικό βήμα προς αυτή την κατεύθυνση.

Οι σημερινοί κβαντικοί υπολογιστές έχουν κολλήσει σταθερά στην «θορυβώδη κβαντική μέσης κλίμακας» (NISQ) εποχή. Ενώ οι εταιρείες είχαν κάποια επιτυχία μεγάλους αριθμούς qubits μαζί, είναι πολύ ευαίσθητα στο θόρυβο που μπορεί να υποβαθμίσει γρήγορα τις κβαντικές τους καταστάσεις. Αυτό καθιστά αδύνατη τη διενέργεια υπολογισμών με αρκετά βήματα ώστε να είναι πρακτικά χρήσιμοι.

Ενώ ορισμένοι ισχυρίστηκαν ότι αυτές οι θορυβώδεις συσκευές θα μπορούσαν ακόμα να χρησιμοποιηθούν στην πράξη, η συναίνεση είναι ότι τα σχήματα διόρθωσης κβαντικών σφαλμάτων θα είναι ζωτικής σημασίας για την πλήρη αξιοποίηση του δυναμικού της τεχνολογίας. Αλλά η διόρθωση σφαλμάτων είναι δύσκολη στους κβαντικούς υπολογιστές επειδή η ανάγνωση της κβαντικής κατάστασης ενός qubit προκαλεί την κατάρρευσή του.

Οι ερευνητές έχουν επινοήσει τρόπους για να το ξεπεράσουν αυτό χρησιμοποιώντας κωδικούς διόρθωσης σφάλματος που διανέμουν κάθε bit κβαντικής πληροφορίας σε πολλαπλά φυσικά qubit για να δημιουργήσουν αυτό που είναι γνωστό ως λογικό qubit. Αυτό παρέχει πλεονασμό και καθιστά δυνατό τον εντοπισμό και τη διόρθωση σφαλμάτων στα φυσικά qubit χωρίς να επηρεάζονται οι πληροφορίες στο λογικό qubit.

Η πρόκληση είναι ότι, μέχρι πρόσφατα, εθεωρείτο ότι θα μπορούσαν να χρειαστούν περίπου 1,000 φυσικά qubit για τη δημιουργία κάθε λογικού qubit. Οι σημερινοί μεγαλύτεροι κβαντικοί επεξεργαστές έχουν περίπου τόσα qubits, υποδηλώνοντας ότι η δημιουργία αρκετών λογικών qubits για σημαντικούς υπολογισμούς ήταν ακόμα ένας μακρινός στόχος.

Αυτό άλλαξε πέρυσι όταν ερευνητές από το Χάρβαρντ και την startup QuEra έδειξαν ότι μπορούσαν δημιουργούν 48 λογικά qubits από μόλις 280 φυσικές. Και τώρα η συνεργασία μεταξύ της Microsoft και της Quantinuum έχει προχωρήσει ένα βήμα παραπέρα δείχνοντας ότι όχι μόνο μπορούν να δημιουργήσουν λογικά qubits αλλά μπορούν πραγματικά να τα χρησιμοποιήσουν για να μειώσουν τα ποσοστά σφαλμάτων κατά 800 και να πραγματοποιήσουν περισσότερες από 14,000 πειραματικές ρουτίνες χωρίς ούτε ένα σφάλμα.

"Αυτό που κάναμε εδώ μου προκαλεί ανατριχίλες", η Krysta Svore της Microsoft είπε New Scientist. «Δείξαμε ότι η διόρθωση σφαλμάτων είναι επαναλαμβανόμενη, λειτουργεί και είναι αξιόπιστη».

Οι ερευνητές εργάζονταν με τον κβαντικό επεξεργαστή H2 της Quantinuum, ο οποίος βασίζεται στην τεχνολογία παγιδευμένων ιόντων και είναι σχετικά μικρός στα 32 qubits. Αλλά με την εφαρμογή κωδικών διόρθωσης σφαλμάτων που αναπτύχθηκαν από τη Microsoft, μπόρεσαν να δημιουργήσουν τέσσερα λογικά qubit που αντιμετώπιζαν σφάλμα μόνο κάθε 100,000 εκτελέσεις.

Ένα από τα μεγαλύτερα επιτεύγματα, σημειώνει η ομάδα της Microsoft ένα blog post, ήταν το γεγονός ότι μπορούσαν να διαγνώσουν και να διορθώσουν λάθη χωρίς να καταστρέψουν τα λογικά qubits. Αυτό οφείλεται σε μια προσέγγιση γνωστή ως «εξαγωγή ενεργού συνδρόμου» η οποία είναι σε θέση να διαβάζει πληροφορίες σχετικά με τη φύση του θορύβου που επηρεάζει τα qubits, παρά την κατάστασή τους, Svore είπε IEEE Spectrum.

Ωστόσο, το σχήμα διόρθωσης σφαλμάτων είχε διάρκεια ζωής. Όταν οι ερευνητές πραγματοποίησαν πολλαπλές λειτουργίες σε ένα λογικό qubit, ακολουθούμενες από διόρθωση σφαλμάτων, διαπίστωσαν ότι στον δεύτερο γύρο τα ποσοστά σφάλματος ήταν μόνο τα μισά από αυτά που βρέθηκαν στα φυσικά qubit και στον τρίτο γύρο δεν υπήρχε στατιστικά σημαντική επίδραση.

Και όσο εντυπωσιακά είναι τα αποτελέσματα, η ομάδα της Microsoft επισημαίνει στην ανάρτησή της στο blog ότι η δημιουργία πραγματικά ισχυρών κβαντικών υπολογιστών θα απαιτήσει λογικά qubits που κάνουν σφάλματα μόνο μία φορά κάθε 100 εκατομμύρια λειτουργίες.

Ανεξάρτητα από αυτό, το αποτέλεσμα σηματοδοτεί ένα τεράστιο άλμα στις δυνατότητες διόρθωσης σφαλμάτων, το οποίο ισχυρίστηκε η Quantinuum στο ένα δελτίο τύπου αντιπροσωπεύει την αρχή μιας νέας εποχής στον κβαντικό υπολογισμό. Αν και αυτό μπορεί να πηδά ελαφρώς το όπλο, σίγουρα υποδηλώνει ότι τα χρονοδιαγράμματα των ανθρώπων για το πότε θα επιτύχουμε κβαντικό υπολογισμό με ανεκτικότητα σε σφάλματα μπορεί να χρειαστεί να ενημερωθούν.

Image Credit: Quantinuum H2 quantum computer / Quantinuum

• SEO Powered Content & PR Distribution. Ενισχύστε σήμερα.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. Ενδυναμώστε τον εαυτό σας. Πρόσβαση εδώ.
• PlatoAiStream. Web3 Intelligence. Ενισχύθηκε η γνώση. Πρόσβαση εδώ.
• PlatoESG. Ανθρακας, Cleantech, Ενέργεια, Περιβάλλον, Ηλιακός, Διαχείριση των αποβλήτων. Πρόσβαση εδώ.
• PlatoHealth. Ευφυΐα βιοτεχνολογίας και κλινικών δοκιμών. Πρόσβαση εδώ.
• πηγή: https://singularityhub.com/2024/04/04/quantum-computers-take-a-major-step-with-error-correction-breakthrough/