By Kenna julkaistu 12
Yksi suurimmista haasteista kvanttitietokoneen kehittämisessä on virhe korjausn. Kvanttilaskennan virheet ovat melko yleisiä, pääasiassa ympäristömelun ja järjestelmän yleisen haurauden vuoksi. Nämä virheet voivat aiheuttaa epätarkkoja mittauksia ja vääristää kvanttiohjelmoinnin tuloksia. Monet yritykset, mm IBM ja Google, etsivät tapoja korjata nämä virheet tai kalibroida kvanttitietokoneet uudelleen virheettömämmiksi. Uudessa lehdessä alkaen Luonto ViestintäPrincetonin yliopiston tiimi tarjoaa vaihtoehtoisen menetelmän virheenkorjaukselle tarkastelemalla järjestelmää, joka tunnetaan nimellä "poistovirhe".
Mikä on Quantum Error Correction (QEC)?
Koska kubitit, kvanttitietokoneen ydinyksiköt, ovat melkoisia hauras, ne ovat alttiita virheille. "Kanttilaskennan keskeinen ongelma nyt on saada tarpeeksi korkean tarkkuuden kubitteja kvanttivirheen korjauksen toteuttamiseksi", selitti. Jeffrey Thompson, Princetonin yliopiston apulaisprofessori ja tutkimuksen johtava tutkija haastattelussa Sisällä Quantum Technology. Useimmille kvanttivirheen korjaustyypeille (QEC), algoritmia käytetään kvanttitietokoneen virheiden tunnistamiseen ja korjaamiseen. Vaikka nämä algoritmit perustuvat matemaattisiin lähestymistapoihin, ne ovat kaukana täydellisistä. Kuten Thompson selitti: "Sisään standardi kvanttivirheen korjaus, sinun on määritettävä sekä kubiteissasi tapahtuneiden virheiden sijainnit että tyypit rajoitetuista havaintojen joukosta, joita kutsutaan oireyhtymämittauksiksi." Vaikka nämä oireyhtymämittaukset auttavat havaitsemaan virheitä, ne eivät aina johda onnistuneeseen virheen korjaamiseen. "Virheenkorjaus epäonnistuu, jos sinulla ei ole tarpeeksi tietoa tehdäkseen näitä päätöksiä yksiselitteisesti, mikä tapahtuu, kun virheitä on liikaa", Thompson lisäsi.
Poistovirheen löytäminen
Sen sijaan, että tämä ongelma olisi korjattu vähentämällä virheiden kokonaismäärää, Thompson ja hänen tiiminsä tekivät töitä helpottaakseen virheiden tunnistamista. He löysivät tämän melkein vahingossa tutkiessaan ytterbium-kubitin rakennetta. Ytterbiumin ulkokuoressa olevat kaksi elektronia eivät näyttäneet olevan avainasemassa virheiden korjaamisessa. Sukeltaessaan virheen fyysisiin syihin tutkijat pystyivät kehittämään järjestelmän, jossa virheen lähde pyyhkii tai eliminoi virheelliset tiedot. Poistojärjestelmä toimi yhdistämällä kvanttivirheet ulkoisten elektronien energiasiirtymään. Thompson kutsuu tätä nimenomaista järjestelmää "poistovirheeksi", ja se voi auttaa osoittamaan, missä tiedot ovat epätarkkoja. "Pyyhitysvirhe on erityinen tyyppi, joka paljastaa oman sijaintinsa, joten voit käyttää enemmän oireyhtymän tietoja virhetyypin selvittämiseen", Thompson sanoi. "Tämän avulla voit käsitellä enemmän virheitä ja parantaa siten virheenkorjauksen suorituskykyä." Pyyhkimisvirheet ovat melko yleisiä klassisessa laskennassa, mutta ne otetaan huomioon vasta nyt kvanttilaskennassa.
Poistovirheitä käyttämällä tutkijat havaitsivat, että heidän uusi tekniikkansa kesti a 4.1% virheprosentti, joka on mahdollista nykyisille kvanttitietokoneille. Aiemmat järjestelmät kestivät vain 1 prosentin virheprosentin, ennen kuin ne hukkuivat suuremmalla virheprosentilla. Thompson uskoo, että tämä korkeampi prosenttiosuus voi tehdä suuremmasta kvanttitietokoneesta, jossa on enemmän kubitteja, todennäköistä. "Jos sinulla on kubitteja, jotka ovat suuntautuneet poistovirheisiin, et tarvitse niin montaa, ja ne voivat toimia huonommin", lisäsi Thompson. "Tietyillä parametrialueilla pyyhkiytymissuuntaiset kubitit saattavat vaatia 10 x tai jopa 100x vähemmän kubitteja saavuttaakseen tietyn tason QEC-suorituskyvyn verrattuna perinteisiin kubitteihin." Monille yrityksille, jotka haluavat laajentaa kvanttitietokoneitaan, tyhjennysvirhejärjestelmä voi olla avain näiden tavoitteiden saavuttamiseen. "Voi olla mahdollista suunnitella hienovaraisesti uudelleen olemassa olevia kubitteja tämän saavuttamiseksi", sanoi Thompson. "Tämä idea on erittäin kiinnostunut."
Kenna Hughes-Castleberry on Inside Quantum Technologyn ja JILAn Science Communicatorin (kumppanuus Colorado Boulderin yliopiston ja NIST:n välillä) kirjoittaja. Hänen kirjoitustyylinsä sisältävät syväteknologiaa, metaversumia ja kvanttitekniikkaa. Löydät lisää hänen töistään hänen verkkosivuillaan: https://kennacastleberry.com/
