esittely
Kvanttivirheenkorjauksen maailmassa altavastaaja on tulossa kuninkaalle.
Viime viikolla kahden ryhmän uudet simulaatiot raportoivat, että nouseva kvanttivirheitä korjaavien koodien luokka on suuruusluokkaa tehokkaampi kuin nykyinen kultastandardi, joka tunnetaan pintakoodina. Kaikki koodit toimivat muuntamalla joukon virhealttiita kubitteja paljon pienemmäksi "suojattujen" qubittien joukoksi, joka tekee harvoin virheitä. Mutta näissä kahdessa simulaatiossa matalatiheyksiset pariteettitarkistus- tai LDPC-koodit voivat tehdä suojatuista kubiteista 10-15 kertaa vähemmän raakakubitteja kuin pintakoodi. Kumpikaan ryhmä ei ole toteuttanut näitä simuloituja harppauksia todellisessa laitteistossa, mutta kokeelliset suunnitelmat viittaavat siihen, että nämä koodit tai niiden kaltaiset koodit voisivat jouduttaa tehokkaampien kvanttilaitteiden saapumista.
"Näyttää todellakin siltä, että se toteutuu", sanoi Daniel Gottesman Marylandin yliopistosta, joka tutkii LDPC-koodeja, mutta ei ollut mukana viimeaikaisissa tutkimuksissa. "Nämä [koodit] voivat olla käytännöllisiä asioita, jotka voivat parantaa huomattavasti kykyämme tehdä kvanttitietokoneita."
Klassiset tietokoneet käyttävät bittejä, jotka harvoin epäonnistuvat. Mutta hiukkasmaiset esineet – kubitit – jotka tehostavat kvanttitietokoneita, menettävät kvanttivoimansa, kun melkein mikä tahansa saa ne pois herkästä tilastaan. Tulevaisuuden kubittien houkuttelemiseksi hyödyllisiksi tutkijat aikovat käyttää kvanttivirheen korjaus, käytäntö käyttää ylimääräisiä kubitteja tietojen redundanttikoodaukseen. Se on hengeltään samanlaista kuin viestin suojeleminen staattiselta puhumalla jokainen sana kahdesti ja jakamalla tiedot useammalle hahmolle.
Kanoninen kuningas
Vuonna 1998 Aleksei Kitaev Kalifornian teknillisestä instituutista ja Sergei Bravyi, silloinen Landau Institute for Theoretical Physics Venäjältä, esittelivät kvanttivirheitä korjaavan pintakoodin. Se järjestää kubitit neliöruudukoksi ja suorittaa jotain Miinaharava-pelin kaltaista: Jokainen kubitti muodostaa yhteyden neljään naapuriin, joten tarkastelemalla nimettyjä apukubitteja voit tarkkailla neljää dataa kuljettavaa kubittia. Riippuen siitä, palauttaako sekki arvon 0 vai 1, voit päätellä, ovatko jotkut naapureista erehtyneet. Tarkastelemalla taulua voit päätellä, missä virheet ovat, ja korjata ne.
esittely
Näillä tarkistuksilla – ja hienovaraisemmilla kubittien hienosäätöillä – voit myös piilottaa luotettavan kubitin kaikkialle neliölohkon dataa välittäviin kubiteihin, ei tarkalleen täällä tai siellä, mutta tavallaan kaikkialla. Niin kauan kuin jyrkät kubitit pitävät miinanraivaajan toiminnan huminaa, piilotettu kubitti pysyy turvassa ja sitä voidaan manipuloida toimintojen suorittamiseksi. Tällä tavalla pintakoodi sulattaa tyylikkäästi monet huonot kubitit yhdeksi harvoin erehtyväksi kubitiksi.
"Hieman ärsyttävää minulle on, että pintakoodi on yksinkertaisin asia, mitä voit ajatella", sanoi Nikolas Breuckmann, fyysikko, josta tuli matemaatikko Bristolin yliopistossa ja joka on vuosia yrittänyt parantaa järjestelmää. "Ja se toimii hämmästyttävän hyvin."
Koodista tuli kultainen standardi virheenkorjauksessa; se sieti erittäin huonosti käyttäytyviä kubitteja, ja ruudukko oli helppo visualisoida. Tämän seurauksena pintakoodi vaikutti kvanttiprosessorien ja kvanttikarttojen suunnitteluun.
"Se on ollut tehtävä", sanoi Barbara Terhal, kvanttiinformaatioteoreetikko QuTech-tutkimuslaitoksessa Hollannissa. "Tämä on siru, joka sinun on tehtävä."
Pintakoodin haittapuoli, jota ei ole vielä täysin käytännössä osoitettu, on kyltymätön kubittien ruokahalu. Luotettavan kubitin suojaamiseksi vahvemmin tarvitaan suurempia lohkoja huonoja kubitteja. Ja jos haluat tehdä useita suojattuja kubitteja, sinun on yhdistettävä useita lohkoja. Tutkijoille, jotka haaveilevat kvanttialgoritmien ajamisesta monilla suojatuilla kubiteilla, nämä ovat raskaita taakkoja.
Vuonna 2013 Gottesman näki mahdollisen tien ulos tästä sotkusta.
Tutkijoilla, mukaan lukien Terhal ja Bravyi, oli todisteita viittaa siihen, että kiinteässä koodissa, joka yhdisti vain naapurit naapureihin, pintakoodi toimi niin hyvin kuin voit toivoa. Mutta entä jos antaisit jokaisen shekin linkittää kauaskantoisia qubittejä yhteen? Kvanttiinformaatioteoreetikot olivat jo alkaneet tutkia koodeja, joissa on sellaisia "ei-paikallisia" yhteyksiä, joita kutsutaan satunnaisesti LDPC-koodeiksi. (Hämmentävää, että pintakoodi on teknisesti myös LDPC-koodi, mutta käytännössä termi viittaa usein eksoottisimpiin klaanin jäseniin, joilla on ei-paikallinen tarkistus.)
Gottesman osoitti sitten, että tietyt LDPC-koodit voisivat olla paljon vähemmän raakoja: Ne voisivat pakata useita suojattuja kubitteja yhteen lohkoon, mikä auttaisi välttämään pintakoodin kubittivaatimuksia suurempia algoritmeja varten.
Mutta Gottesmanin työ oli erittäin idealisoitu ja sitä pidettiin pohjimmiltaan äärettöminä kubittiparveina. Käytännön haasteena oli nähdä, voisivatko tutkijat skaalata LDPC-koodeja toimimaan todellisissa kvanttilaitteissa säilyttäen samalla niiden oomfin.
Virtuaalisen suojauksen esittely
Kahden viime vuoden aikana Breuckmann ja muut tutkijat ovat alkaneet tutkia LDPC-koodien suorituskykyä, jotka voivat toimia yhä pienemmissä järjestelmissä. Toiveena oli, että jotkut mahtuisivat nykypäivän laitteisiin, jotka voivat toimittaa ehkä 100 raakakubittia.
Viime viikolla, Bravyin johtama IBM:n tutkijaryhmä paljasti simulaation tähän mennessä pienimmästä ja konkreettisimmasta LDPC-suunnitelmasta, joka perustuu LDPC-koodiin vähän tunnettu paperi julkaistu vuonna 2012. Se aloitti pintakoodin neljän vierekkäisen qubitin tarkistuksen ja lisäsi kaksi huolellisesti valittua "ei-paikallista" qubittiä.
He simuloivat erilaisia virheitä, joita voi syntyä jos koodi ajettaisiin todellisella piirillä, prosessi, joka on kuin digitaalisen hävittäjäkoneen työntämistä digitaaliseen tuulitunneliin ja sen lentää katsomista. Ja he havaitsivat, että heidän koodinsa pystyi suojaamaan sen luotettavia kubitteja paljon tehokkaammin kuin pintakoodi. Yhdessä testiajossa koodi otti 288 raakakubittia, jotka epäonnistuivat 0.1 % ajasta ja käytti niitä 12 suojatun kubitin luomiseen, joiden epäonnistumisprosentti oli 10,000 4,000 kertaa pienempi. Tiimi arvioi, että samaan tehtävään pintakoodi olisi vaatinut yli XNUMX XNUMX syöttökubittiä.
"Olimme erittäin yllättyneitä siitä", sanoi Andrew Cross, IBM-tiimin tutkija.
Simulaatio kiusaa mahdollisuutta saada huomisen virheenkorjaus tänään, koska vaikka kukaan ei pääse käsiksi 4,000 XNUMX kubittiin, satojen kubittien laitteet ovat aivan nurkan takana.
"Voit nähdä melko huomattavan määrän vikasietoisuutta laitteissa, joissa on useita kubitteja, joita meillä on nykyään", Gottesman sanoi.
Päivä sen jälkeen, kun IBM:n esipainos ilmestyi, usean laitoksen tutkijoiden yhteistyö johti Mikhail lukin Harvardin yliopistosta ja Liang Jiang Chicagon yliopistosta julkaisi samanlaisia tuloksia. (Tutkijat kieltäytyivät keskustelemasta työstään, joka on lähetetty vertaisarvioitulle päiväkirjalle.) He olivat pyyhkineet pölyn pois kahdelta muulta LDPC koodit, muokkasi niitä simulointia varten ja havaitsi, että nekin vaativat noin kymmenesosan tulokubittien määrästä kymmenien tai satojen hyvien kubittien tekemiseen pintakoodiin verrattuna.
Mutta F-35:n rakentaminen on vaikeampaa kuin F-35:n simulointi, ja LDPC-koodivalmiuden laitteen rakentaminen on myös erittäin haastavaa. "Kaksi tärkeintä asiaa voisi estää näitä asioita ottamasta valtaa", Gottesman sanoi.
Ensinnäkin ei-paikallisten yhteyksien luominen kubittien välille on vaikeaa, etenkin IBM:n kaltaisille yrityksille, jotka tekevät kubitteja liikkumattomista suprajohtavista piireistä. Näiden piirien yhdistäminen naapureihin on luonnollista, mutta linkkien luominen etäisten kubittien välille ei ole.
esittely
Toiseksi LDPC-koodit ovat loistavia, kun niiden suojattuja kubitteja käytetään muistiin, kuten ne olivat IBM-simulaatiossa. Mutta kun kyse on näiden epäselvien, päällekkäisten kubittien käyttämisestä laskelmissa, sotkuinen, ei-paikallinen koodirakenne tekee haluttujen kubittien valitsemisesta ja ohjaamisesta paljon vaikeampaa.
"Tiedämme, että näiden laskelmien tekeminen on periaatteessa mahdollista", sanoi Gottesman, joka hahmotteli suunnitelman niiden tekemiseksi vuoden 2013 työssään. "Mutta emme tiedä, onko se mahdollista tehdä todella käytännöllisesti."
Lukin ja kollegat ottivat vaatimattomia askeleita näiden ensisijaisten heikkouksien korjaamiseksi. Ensinnäkin tiimi simuloi päästä päähän -laskentaa yhdistämällä LDPC-suojatun kvanttimuistin pintakoodisuojatun kvanttiprosessorin kanssa. Tässä järjestelmässä kubitin säästöt selvisivät suurelta osin laskentataakasta, mutta sen kustannuksella, että laskeminen kesti kauemmin.
Lisäksi Lukinin tiimi räätälöi simulaatioita tietyntyyppisiin vapaasti roaming-kubitit jotka sopivat luonnollisesti pitkän kantaman yhteyksien järjestämiseen. Toisin kuin kiinteät suprajohtavat piirit, niiden kubitit ovat lasersäteiden pitämiä atomeja. Siirtämällä lasereita ne voivat tuoda kaukaisia kubitteja kosketukseen. "Tämä on mahtavaa LDPC-koodeille", Breuckmann sanoi.
On epävarmaa, milloin LDPC-koodit tulevat käytännöllisiksi tai jopa toteutuvatko ne. Kymmenien luotettavien muistikubittien demonstraatiot ovat luultavasti vähintään muutaman vuoden päässä jopa ruusuisimmista ennusteista, ja laskelmat jäävät kauemmaksi. Mutta viimeaikaiset simulaatiot saavat pintakoodin näyttämään yhä enemmän ponnahduskiveltä tiellä kvanttilaskentaan, ei määränpäältä.
"On syy, miksi pintakoodi on ollut olemassa 20 vuotta", Breuckmann sanoi. "Se on vaikea voittaa, mutta nyt meillä on todisteita siitä, että voimme todella voittaa sen."
- 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. Autot / sähköautot, hiili, CleanTech, energia, ympäristö, Aurinko, Jätehuolto. Pääsy tästä.
- PlatonHealth. Biotekniikan ja kliinisten kokeiden älykkyys. Pääsy tästä.
- ChartPrime. Nosta kaupankäyntipeliäsi ChartPrimen avulla. Pääsy tästä.
- BlockOffsets. Ympäristövastuun omistuksen nykyaikaistaminen. Pääsy tästä.
- Lähde: https://www.quantamagazine.org/new-codes-could-make-quantum-computing-10-times-more-efficient-20230825/
- :on
- :On
- :ei
- :missä
- ][s
- 000
- 1
- 10
- 100
- 12
- 15%
- 1998
- 20
- 20 vuotta
- 2012
- 2013
- a
- kyky
- Meistä
- AC
- pääsy
- todellinen
- todella
- lisä-
- käsitellään
- Jälkeen
- algoritmit
- Kaikki
- sallittu
- mahdollistaa
- pitkin
- jo
- Myös
- keskuudessa
- määrä
- an
- ja
- Andrew
- mitään
- ilmestyi
- ruokahalu
- OVAT
- noin
- saapuminen
- AS
- At
- välttää
- pois
- Bändi
- perustua
- BE
- tuli
- koska
- tulevat
- ollut
- alkaneet
- välillä
- suurempi
- Tukkia
- Blocks
- hallitus
- tappi
- tuoda
- Bristol
- Rakentaminen
- taakka
- mutta
- by
- laskelmat
- Kalifornia
- nimeltään
- CAN
- kykenee
- huolellisesti
- tietty
- haaste
- haastava
- merkkejä
- tarkastaa
- tarkkailun
- Tarkastukset
- Chicago
- siru
- valittu
- Klaani
- luokka
- koodi
- koodit
- yhteistyö
- työtovereiden
- tulee
- tuleva
- Yritykset
- verrattuna
- laskeminen
- laskelmat
- tietokoneet
- tietojenkäsittely
- kytketty
- Kytkeminen
- Liitännät
- Yhdistää
- harkittu
- ottaa yhteyttä
- Kulma
- Hinta
- voisi
- luoda
- Luominen
- Ylittää
- Nykyinen
- päivä
- osoittivat
- Riippuen
- Malli
- nimetty
- haluttu
- määränpää
- laite
- Laitteet
- DID
- digitaalinen
- pohtia
- do
- tekee
- Dont
- alas
- alapuoli
- kymmeniä
- kukin
- helppo
- tehokas
- tehokkaasti
- päittäin
- virhe
- virheet
- erityisesti
- olennaisesti
- arvioidaan
- Jopa
- näyttö
- täsmälleen
- kunnostautua
- toteuttaja
- Eksoottinen
- kokeellinen
- tutkia
- lisää
- erittäin
- Epäonnistui
- Epäonnistuminen
- paljon
- Featuring
- harvat
- vähemmän
- sovittaa
- Korjata
- tasainen
- varten
- ennusteet
- löytyi
- neljä
- alkaen
- toteutuminen
- täysin
- edelleen
- tulevaisuutta
- peli
- saada
- Kulta
- Kultakanta
- hyvä
- suuresti
- ruudukko
- Ryhmä
- Ryhmän
- HAD
- Kova
- kovemmin
- Palvelimet
- Harvard
- Harvardin yliopisto
- Olla
- headed
- sankari
- auttaa
- tätä
- kätketty
- Piilottaa
- erittäin
- hänen
- toivoa
- Miten
- HTTPS
- Sadat
- IBM
- if
- täytäntöön
- parantaa
- in
- Mukaan lukien
- yhä useammin
- Ääretön
- vaikuttaneet
- tiedot
- panos
- Instituutti
- tulee
- käyttöön
- osallistuva
- IT
- SEN
- päiväkirja
- vain
- Pitää
- kuningas
- Tietää
- tunnettu
- suureksi osaksi
- suurempi
- laser
- laserit
- Sukunimi
- hyppyjä
- vähiten
- Led
- vähemmän
- pitää
- Todennäköisesti
- LINK
- linkit
- Pitkät
- kauemmin
- ulkonäkö
- menettää
- alentaa
- tehty
- aikakauslehti
- tärkein
- tehdä
- TEE
- manipuloitu
- monet
- Kartat
- Maryland
- me
- Jäsenet
- Muisti
- viesti
- ehkä
- Sytytyskatko
- virheitä
- vaatimaton
- muokattu
- lisää
- tehokkaampi
- eniten
- liikkuvat
- paljon
- moninkertainen
- Luonnollinen
- Tarve
- tarvitaan
- naapurit
- Eikä
- Alankomaat
- Uusi
- Nro
- nyt
- numero
- esineet
- of
- pois
- usein
- on
- ONE
- vain
- Operations
- or
- tilata
- organisoi
- Muut
- meidän
- ulos
- yli
- pariteetti
- polku
- vertaisarvioitujen
- Suorittaa
- suorituskyky
- suorittaa
- ehkä
- Fysiikka
- suunnitelma
- Platon
- Platonin tietotieto
- PlatonData
- mahdollisuus
- mahdollinen
- mahdollinen
- teho
- Käytännön
- harjoitusta.
- säilöntä
- ensisijainen
- periaate
- prosessi
- Suoritin
- prosessorit
- suojella
- suojattu
- suojella
- julkaistu
- Kvantamagatsiini
- Kvantti
- kvanttialgoritmit
- kvantitietokoneet
- kvanttilaskenta
- kvanttivirheen korjaus
- kvantitiedot
- qubit
- kubittien
- harvoin
- hinta
- pikemminkin
- raaka
- todellinen
- ihan oikeesti
- reason
- äskettäinen
- viittaa
- luotettava
- jäädä
- jäännökset
- raportoitu
- tarvitaan
- vaatimukset
- tutkimus
- tutkija
- Tutkijat
- johtua
- Tuotto
- oikein
- nouseva
- tie
- karkeasti
- ajaa
- juoksu
- Venäjä
- turvallista
- Said
- sama
- Säästöt
- näki
- Asteikko
- järjestelmä
- nähdä
- koska
- näyttää
- osoittivat
- samankaltainen
- simulointi
- single
- pienempiä
- sujuvasti
- Nuuskia
- So
- jonkin verran
- jotain
- puhuminen
- käytetty
- henki
- leviäminen
- neliö
- standardi
- alkoi
- Osavaltio
- Askeleet
- tarttuminen
- stop
- voimakkaasti
- rakenne
- opinnot
- toimitettu
- merkittävä
- niin
- ehdottaa
- suprajohtavia
- pinta
- yllättynyt
- selviytyi
- järjestelmät
- Räätälöity
- ottaen
- Tehtävä
- joukkue-
- teknisesti
- Elektroniikka
- kymmeniä
- termi
- testi
- kuin
- että
- -
- tiedot
- Alankomaat
- maailma
- heidän
- Niitä
- sitten
- teoreettinen
- Siellä.
- Nämä
- ne
- asia
- asiat
- ajatella
- tätä
- ne
- kauttaaltaan
- aika
- kertaa
- että
- tänään
- tämän päivän
- yhdessä
- toleranssi
- liian
- otti
- kova
- kohti
- muuttamassa
- tunneli
- Sorvatut
- Kahdesti
- kaksi
- tyyppi
- Epävarma
- yliopisto
- University of Chicago
- toisin kuin
- paljastettiin
- käyttää
- käytetty
- käyttämällä
- eri
- hyvin
- Virtual
- oli
- Tapa..
- we
- WebP
- viikko
- HYVIN
- olivat
- Mitä
- kun
- onko
- joka
- vaikka
- KUKA
- tulee
- tuuli
- with
- sana
- Referenssit
- maailman-
- olisi
- vuotta
- vielä
- Voit
- zephyrnet