25. syyskuuta 2023 – MIT-tutkijat raportoivat osoittaneensa uuden suprajohtavan kubittiarkkitehtuurin, joka pystyy suorittamaan operaatioita kubittien välillä entistä tarkemmin ja korjaa kvanttitietokoneiden kaupallisen käytön esteen: virheenkorjaus.
Tutkijat käyttivät suhteellisen uudentyyppistä suprajohtavaa kubittia, joka tunnetaan nimellä fluxonium, jonka käyttöikä voi olla pidempi kuin yleisemmin käytettyjen suprajohtavien kubittien. Lupauksen tai kvanttilaskennan toteuttamiseksi virheenkorjauskoodien kvanttiversioiden on kyettävä ottamaan huomioon laskennalliset virheet nopeammin kuin ne tapahtuvat. Nykypäivän kvanttitietokoneet eivät kuitenkaan ole vielä tarpeeksi kestäviä toteuttamaan tällaista virheenkorjausta kaupallisesti merkityksellisissä mittakaavassa.
MIT:n tutkijoiden käyttämä arkkitehtuuri sisältää erityisen kytkentäelementin kahden fluxonium-kubitin välillä, jonka avulla he voivat suorittaa loogisia operaatioita, joita kutsutaan porteiksi, erittäin tarkasti. Se estää ei-toivotun taustavuorovaikutuksen, joka voi aiheuttaa virheitä kvanttioperaatioihin.
Tämä lähestymistapa mahdollisti kahden kubitin portit, jotka ylittivät 99.9 prosentin tarkkuuden, ja yhden kubitin portit 99.99 prosentin tarkkuudella. Lisäksi tutkijat toteuttivat tämän arkkitehtuurin sirulle käyttämällä laajennettavaa valmistusprosessia.
”Suuren mittakaavan kvanttitietokoneen rakentaminen alkaa vankista kubiteista ja porteista. Esitimme erittäin lupaavan kahden kubitin järjestelmän ja esitimme sen monia etuja skaalausta varten. Seuraava askel on lisätä kubittien määrää", sanoo Leon Ding PhD '23, joka oli fysiikan jatko-opiskelija Engineering Quantum Systems (EQuS) -ryhmässä ja on tätä arkkitehtuuria käsittelevän artikkelin johtava kirjoittaja.
Ding kirjoitti paperin Max Haysin kanssa, EQuS-postdoc; Youngkyu Sung PhD '22; Bharath Kannan PhD '22, joka on nyt Atlantic Quantumin toimitusjohtaja; Kyle Serniak, MIT Lincoln Laboratoryn henkilökunnan tutkija ja ryhmän johtaja; ja vanhempi kirjailija William D. Oliver, Henry Ellis Warrenin sähkötekniikan ja tietojenkäsittelytieteen ja fysiikan professori, Kvanttitekniikan keskuksen johtaja, EQuS:n johtaja ja elektroniikan tutkimuslaboratorion apulaisjohtaja; sekä muut MIT:ssä ja MIT Lincoln Laboratoryssa. Tutkimus ilmestyy tänään v Fyysinen arviointi X.
Uusi ote Fluxonium Qubitista
Klassisessa tietokoneessa portit ovat loogisia operaatioita, jotka suoritetaan biteille (sarja 1s ja 0s), jotka mahdollistavat laskennan. Portit sisään kvanttilaskenta voidaan ajatella samalla tavalla - yksi kubitin portti on looginen operaatio yhdellä kubitilla, kun taas kahden kubitin portti on operaatio, joka riippuu kahden yhdistetyn kubitin tilasta.
Fidelity mittaa näille porteille suoritettujen kvanttioperaatioiden tarkkuutta. Portit, joilla on korkein mahdollinen tarkkuus, ovat välttämättömiä, koska kvanttivirheet kerääntyvät eksponentiaalisesti. Kun suuressa järjestelmässä tapahtuu miljardeja kvanttioperaatioita, näennäisen pieni määrä virhettä voi nopeasti saada koko järjestelmän epäonnistumaan.
Käytännössä käytettäisiin virheenkorjauskoodeja niin alhaisten virhetasojen saavuttamiseksi. On kuitenkin olemassa "uskollisuuskynnys", joka toimintojen on ylitettävä näiden koodien toteuttamiseksi. Lisäksi tarkkuuden työntäminen paljon tämän kynnyksen yli vähentää virheenkorjauskoodien toteuttamiseen tarvittavaa lisäkustannuksia.
Yli vuosikymmenen ajan tutkijat ovat käyttäneet ensisijaisesti transmonikubitteja pyrkiessään rakentamaan kvanttitietokoneita. Toinen suprajohtavan kubitin tyyppi, joka tunnetaan nimellä fluxonium qubit, syntyi äskettäin. Fluxonium-kubiiteilla on osoitettu olevan pidempi elinikä tai koherenssiajat kuin transmon-kubiiteilla.
Koherenssiaika on mitta siitä, kuinka kauan kubitti voi suorittaa toimintoja tai suorittaa algoritmeja ennen kuin kaikki kubitin tiedot menetetään.
”Mitä pidempään kubitti elää, sitä tarkempia toimintoja se pyrkii edistämään. Nämä kaksi numeroa on sidottu yhteen. Mutta on ollut epäselvää, vaikka fluxoniumkubitit itse toimivatkin melko hyvin, pystyykö niille tekemään hyviä portteja”, Ding sanoo.
Ensimmäistä kertaa Ding ja hänen työtoverinsa löysivät tavan käyttää näitä pitkäikäisiä kubitteja arkkitehtuurissa, joka tukee erittäin kestäviä, korkealaatuisia portteja. Arkkitehtuurissaan fluxonium-kubitit pystyivät saavuttamaan yli millisekunnin koherenssiajat, noin 10 kertaa pidempiä kuin perinteiset transmon-kubitit.
"Parin viime vuoden aikana on ollut useita esimerkkejä siitä, että fluxonium on ylittänyt transmonit yhden kubitin tasolla", Hays sanoo. "Työmme osoittaa, että tämä suorituskyvyn lisäys voidaan laajentaa myös kubittien väliseen vuorovaikutukseen."
Fluxonium-kubitit kehitettiin tiiviissä yhteistyössä MIT Lincoln Laboratoryn (MIT-LL) kanssa, jolla on asiantuntemusta laajennettavien suprajohtavien kubittitekniikoiden suunnittelusta ja valmistuksesta.
"Tämä kokeilu oli esimerkki siitä, mitä kutsumme "yhden joukkueen malliksi": EQuS-ryhmän ja MIT-LL:n suprajohtavan kubittiryhmän välisestä läheisestä yhteistyöstä", Serniak sanoo. "Tässä on syytä korostaa erityisesti MIT-LL:n valmistustiimin panosta - he kehittivät kyvyn rakentaa yli 100 Josephson-liitoksen tiheitä ryhmiä erityisesti fluxoniumia ja muita uusia kubittipiirejä varten."
Vahvempi yhteys
Niiden uusi arkkitehtuuri sisältää piirin, jonka molemmissa päissä on kaksi fluxonium-kubittia, ja keskellä on viritettävä transmoniliitin niiden yhdistämiseksi. Tämä fluxonium-transmon-fluxonium (FTF) -arkkitehtuuri mahdollistaa vahvemman kytkennän kuin menetelmät, jotka yhdistävät suoraan kaksi fluxonium-kubittia.
FTF myös minimoi ei-toivotut vuorovaikutukset, joita esiintyy taustalla kvanttioperaatioiden aikana. Tyypillisesti vahvemmat kubittien väliset kytkennät voivat aiheuttaa enemmän tätä jatkuvaa taustakohinaa, joka tunnetaan nimellä staattinen ZZ-vuorovaikutus. Mutta FTF-arkkitehtuuri korjaa tämän ongelman.
Kyky estää näitä ei-toivottuja vuorovaikutuksia ja fluxoniumkubittien pidemmät koherenssiajat ovat kaksi tekijää, joiden ansiosta tutkijat pystyivät osoittamaan yhden kubitin portin tarkkuuden 99.99 prosenttia ja kahden kubitin portin tarkkuuden 99.9 prosenttia.
Nämä portin tarkkuudet ylittävät selvästi tietyille yleisille virheenkorjauskoodeille tarvittavan kynnyksen, ja niiden pitäisi mahdollistaa virheiden havaitseminen suuremmissa järjestelmissä.
"Kvanttivirheen korjaus rakentaa järjestelmän kestävyyttä redundanssin avulla. Lisäämällä lisää kubitteja voimme parantaa järjestelmän yleistä suorituskykyä, jos kubitit ovat yksittäin "riittävän hyviä". Ajattele, että yrität suorittaa tehtävän huoneen täynnä päiväkoteja. Se on paljon kaaosta, eikä päiväkotien lisääminen paranna tilannetta”, Oliver selittää. ”Kuitenkin useat kypsät jatko-opiskelijat työskentelevät yhdessä johtaa suorituskykyyn, joka ylittää yhden yksilön – se on kynnyskonsepti. Vaikka laajennettavan kvanttitietokoneen rakentamisessa on vielä paljon tehtävää, se alkaa korkealaatuisista kvanttioperaatioista, jotka ylittävät selvästi kynnyksen."
Näiden tulosten pohjalta Ding, Sung, Kannan, Oliver ja muut perustivat äskettäin kvanttilaskentaa käynnistävän yrityksen, Atlantin kvantti. Yritys pyrkii käyttämään fluxonium-kubitteja rakentaakseen elinkelpoisen kvanttitietokoneen kaupallisiin ja teollisiin sovelluksiin.
"Nämä tulokset ovat heti käyttökelpoisia ja voivat muuttaa koko kentän tilaa. Tämä osoittaa yhteisölle, että on olemassa vaihtoehtoinen tie eteenpäin. Uskomme vahvasti, että tämä arkkitehtuuri tai jotain tämän kaltaista fluxonium-kubitteja käyttämällä lupaa paljon hyödyllisen, vikasietoisen kvanttitietokoneen rakentamisessa”, Kannan sanoo.
Vaikka tällaiseen tietokoneeseen on vielä todennäköisesti 10 vuotta, tämä tutkimus on tärkeä askel oikeaan suuntaan, hän lisää. Seuraavaksi tutkijat aikovat demonstroida FTF-arkkitehtuurin edut järjestelmissä, joissa on enemmän kuin kaksi kytkettyä kubittia.
Tätä työtä rahoittivat osittain Yhdysvaltain armeijan tutkimustoimisto, puolustusministeriön tutkimuksen ja tekniikan alisihteeri, IBM:n tohtorintutkinto-apuraha, Korea Foundation for Advance Studies ja National Defense Science and Engineering Graduate Fellowship -ohjelma.
Lähde: Tämä on tarkistettu versio Adam Zewen tarinasta, MIT-uutiset
- SEO-pohjainen sisällön ja PR-jakelu. Vahvista jo tänään.
- PlatoData.Network Vertical Generatiivinen Ai. Vahvista itseäsi. Pääsy tästä.
- PlatoAiStream. Web3 Intelligence. Tietoa laajennettu. Pääsy tästä.
- PlatoESG. hiili, CleanTech, energia, ympäristö, Aurinko, Jätehuolto. Pääsy tästä.
- PlatonHealth. Biotekniikan ja kliinisten kokeiden älykkyys. Pääsy tästä.
- Lähde: https://insidehpc.com/2023/09/mit-qubit-architecture-achieves-progress-on-quantum-error-correction/
- :on
- :On
- :ei
- 10
- 100
- 13
- 2023
- 25
- 9
- a
- kyky
- pystyy
- Meistä
- edellä
- Tili
- kerätä
- tarkkuus
- tarkka
- Saavuttaa
- päästään
- todella
- Aatami
- lisää
- Lisäksi
- käsitellään
- Lisää
- edistää
- etuja
- algoritmit
- Kaikki
- Myös
- määrä
- an
- analyysi
- ja
- Toinen
- Kaikki
- näyttää
- sovelletaan
- sovellukset
- lähestymistapa
- arkkitehtuuri
- OVAT
- Armeija
- AS
- Työtoveri
- At
- kirjoittaja
- pois
- tausta
- BE
- koska
- ollut
- ennen
- Uskoa
- Paremmin
- välillä
- Jälkeen
- miljardeja
- edistää
- rakentaa
- Rakentaminen
- rakentaa
- mutta
- by
- soittaa
- CAN
- valmiudet
- Aiheuttaa
- keskus
- toimitusjohtaja
- tietty
- muuttaa
- Kaaos
- siru
- lähellä
- koodit
- yhteistyö
- kaupallinen
- kaupallisesti
- Yhteinen
- yleisesti
- yhteisö
- yritys
- laskeminen
- tietokone
- Tietojenkäsittelyoppi
- tietokoneet
- tietojenkäsittely
- käsite
- kytkeä
- kytketty
- rakentaa
- osuus
- voisi
- Pari
- vuosikymmen
- Puolustus
- osoittaa
- osoittivat
- riippuu
- Malli
- Detection
- kehitetty
- suunta
- suoraan
- Johtaja
- do
- aikana
- ponnisteluja
- myöskään
- Elektroniikka
- elementti
- mahdollistaa
- käytössä
- mahdollistaa
- loppu
- Tekniikka
- tarpeeksi
- Koko
- virhe
- virheet
- olennainen
- Jopa
- ylitetty
- ylittää
- kokeilu
- asiantuntemus
- selittää
- eksponentiaalisesti
- erittäin
- tekijät
- FAIL
- paljon
- nopeampi
- tarkkuus
- ala
- Etunimi
- ensimmäistä kertaa
- varten
- Eteenpäin
- löytyi
- perusta
- Perustettu
- koko
- rahastoiva
- Lisäksi
- Gates
- hyvä
- valmistua
- suuri
- suurempi
- Ryhmä
- Olla
- ottaa
- he
- henri
- tätä
- korkea suorituskyky
- korkealaatuisia
- korkeampi
- suurin
- korostus
- erittäin
- hänen
- Miten
- Kuitenkin
- HTTPS
- IBM
- if
- heti
- toteuttaa
- täytäntöön
- tärkeä
- parantaa
- in
- Kasvaa
- Erikseen
- henkilöt
- teollinen
- tiedot
- vuorovaikutus
- vuorovaikutukset
- tulee
- esitellä
- IT
- SEN
- yhdistää
- tunnettu
- Korea
- Kyle
- laboratorio
- laaja
- Sukunimi
- johtaa
- johtaja
- Liidit
- Taso
- elinikä
- pitää
- Lincoln
- Lives
- looginen
- Pitkät
- kauemmin
- menetetty
- Erä
- Matala
- tehdä
- tapa
- monet
- kypsä
- max
- max-width
- mitata
- toimenpiteet
- menetelmät
- Keskimmäinen
- minimoi
- MIT
- lisää
- paljon
- täytyy
- kansallinen
- tarvitaan
- Uusi
- uutiset
- seuraava
- Melu
- romaani
- nyt
- numero
- numerot
- esiintyviä
- of
- pois
- Office
- on
- ONE
- toiminta
- Operations
- or
- peräisin
- Muut
- Muuta
- meidän
- ulos
- parempia
- yleinen
- Paperi
- osa
- polku
- prosentti
- Suorittaa
- suorituskyky
- suoritettu
- phd
- Fysiikka
- suunnitelma
- Platon
- Platonin tietotieto
- PlatonData
- mahdollinen
- harjoitusta.
- pääasiallisesti
- todennäköisesti
- Ongelma
- prosessi
- Opettaja
- Ohjelma
- Edistyminen
- lupaus
- lupaava
- edistää
- mikäli
- Työnnä
- Kvantti
- Kvanttitietokone
- kvantitietokoneet
- kvanttilaskenta
- kvanttivirheen korjaus
- kvanttijärjestelmät
- qubit
- kubittien
- nopeasti
- Hinnat
- ymmärtää
- äskettäin
- vähentää
- suhteellisesti
- merkityksellinen
- raportti
- Raportit
- tutkimus
- Tutkijat
- kimmoisuus
- tulokset
- arviot
- oikein
- luja
- Huone
- ajaa
- s
- sama
- sanoo
- asteikot
- skaalaus
- tiede
- Tiedemies
- etsii
- näennäisesti
- vanhempi
- Sarjat
- useat
- shouldnt
- osoittivat
- esitetty
- Näytä
- single
- pieni
- jotain
- erityinen
- erityisesti
- Henkilöstö
- alkaa
- käynnistyksen
- Osavaltio
- Valtiot
- Vaihe
- Yhä
- Tarina
- vahvempi
- voimakkaasti
- opiskelija
- Opiskelijat
- opinnot
- niin
- suprajohtavia
- tuki
- ylittää
- järjestelmä
- järjestelmät
- ottaa
- Tehtävä
- joukkue-
- Technologies
- yleensä
- ehdot
- kuin
- että
- -
- tiedot
- Valtion
- heidän
- Niitä
- itse
- Siellä.
- Nämä
- ne
- ajatella
- tätä
- ajatus
- kynnys
- Kautta
- tied
- aika
- kertaa
- että
- tänään
- tämän päivän
- yhdessä
- perinteinen
- yrittää
- kaksi
- tyyppi
- tyypillisesti
- meille
- toivottuja
- käyttää
- käytetty
- käyttämällä
- hyödynnetty
- versio
- versiot
- kannattava
- kaniiniyhdyskunta
- oli
- Tapa..
- we
- HYVIN
- olivat
- Mitä
- kun
- joka
- vaikka
- KUKA
- Vilhelm
- with
- Referenssit
- työskentely
- arvoinen
- olisi
- kirjoitti
- vuotta
- vielä
- Voit
- zephyrnet