By Kenna postitatud 12. septembril 2022
Üks suurimaid väljakutseid kvantarvuti arendamisel on viga parandusn. Kvantarvutuse vead on üsna tavalised, peamiselt keskkonnamüra ja süsteemi üldise nõrkuse tõttu. Need vead võivad põhjustada ebatäpseid mõõtmisi ja moonutada kvantprogrammeerimise tulemusi. Paljud ettevõtted, nagu IBM ja Google, tegelevad nende vigade parandamise või kvantarvutite uuesti kalibreerimisega, et need oleksid veakindlamad. Uues lehes alates Nature Communications, pakub Princetoni ülikooli meeskond alternatiivset meetodit vigade parandamiseks, vaadates süsteemi, mida nimetatakse kustutamisveaks.
Mis on Quantum Error Correction (QEC)?
Kuna kubiidid, kvantarvuti põhiühikud, on üsna suured habras, on nad vastuvõtlikud vigadele. "Praegu on kvantarvutuse keskne probleem saada piisavalt kõrge täpsusega kubiteid kvantvigade paranduse rakendamiseks," selgitas Jeffrey Thompson, Princetoni ülikooli dotsent ja uuringu juhtivteadur intervjuus Kvanttehnoloogia sees. Enamiku kvantveaparanduse tüüpide jaoks (QEC), kasutatakse kvantarvuti vigade tuvastamiseks ja parandamiseks algoritmi. Kuigi need algoritmid põhinevad matemaatilistel lähenemisviisidel, pole need kaugeltki täiuslikud. Nagu Thompson selgitas: "Sisse standard Kvantveaparandus, peate piiratud vaatluste hulgast, mida nimetatakse sündroomi mõõtmiseks, kindlaks määrama nii teie kubitidel esinenud vigade asukohad kui ka tüübid. Kuigi need sündroomi mõõtmised on abiks vigade tuvastamisel, ei vii need alati eduka veaparanduseni. "Veaparandus ebaõnnestub, kui teil pole piisavalt teavet nende otsuste ühemõtteliseks tegemiseks, mis juhtub siis, kui vigu on liiga palju," lisas Thompson.
Kustutusvea leidmine
Selle asemel, et seda probleemi vigade koguarvu vähendamisega parandada, töötas Thompson ja tema meeskond selle nimel, et vigu oleks lihtsam tuvastada. Nad leidsid selle peaaegu juhuslikult, uurides ytterbium qubiti struktuuri. Kaks elektroni ytterbiumi väliskestas tundusid olevat vigade parandamisel võtmetähtsusega. Vea füüsilistesse põhjustesse sukeldudes suutsid teadlased välja töötada süsteemi, kus vea allikas kustutab või kõrvaldab ebatäpsed andmed. Kustutussüsteem töötas, sidudes kvantvead väliste elektronide energianihkega. Thompson nimetab seda konkreetset süsteemi "kustutusveaks" ja see võib aidata näidata, kus andmed on ebatäpsed. "Kustutamisviga on eritüüp, mis paljastab oma asukoha, nii et saate veatüübi väljaselgitamiseks kasutada rohkem teavet sündroomi kohta," ütles Thompson. "See võimaldab teil käsitleda rohkem vigu ja seega suurendada veaparanduste toimivust." Kustutusvead on klassikalises andmetöötluses üsna tavalised, kuid kvantarvutuses võetakse neid arvesse alles nüüd.
Kustutusvigu kasutades leidsid teadlased, et nende uus tehnika suudab vastu pidada a 4.1% veamäär, mis on praeguste kvantarvutite jaoks teostatav. Varasemad süsteemid suutsid vastu pidada vaid 1% veamäärale, enne kui neid ületas suurem veaprotsent. Thompson usub, et see suurem protsent võib muuta suurema kvantarvuti, millel on rohkem kubiteid, tõenäoliseks reaalsuseks. "Kui teil on kustutamisvigade poole kaldu kubite, pole teil nii palju vaja ja need võivad halvemini toimida," lisas Thompson. "Teatud parameetrite vahemike puhul võivad kustutamisega kallutatud kubitid nõuda 10 korda või isegi 100x vähem kubiteid, et saavutada teatud QEC jõudluse tase võrreldes tavapäraste kubitidega." Paljude ettevõtete jaoks, kes soovivad oma kvantarvuteid laiendada, võib nende eesmärkide saavutamise võtmeks olla kustutamisvea süsteem. "Selle saavutamiseks võib olla võimalik olemasolevaid kubite delikaatselt ümber kujundada, " ütles Thompson. "Selle idee vastu on palju huvi."
Kenna Hughes-Castleberry on Inside Quantum Technology ja JILA teaduskommunikaatori (Colorado Boulderi ülikooli ja NIST-i vaheline partnerlus) kirjanik. Tema kirjutamissageduste hulka kuuluvad süvatehnoloogia, metaversum ja kvanttehnoloogia. Rohkem tema töid leiate tema veebisaidilt: https://kennacastleberry.com/
