By Kenna közzétéve: 12. szeptember 2022
A kvantumszámítógép fejlesztésének egyik legnagyobb kihívása a hiba korrektion. A kvantumszámítógépen belüli hibák meglehetősen gyakoriak, elsősorban a környezeti zaj és a rendszer általános törékenysége miatt. Ezek a hibák pontatlan méréseket okozhatnak, és torzíthatják a kvantumprogramozás eredményeit. Sok cég, mint pl IBM és a Google, azon dolgoznak, hogy kijavítsák ezeket a hibákat, vagy újrakalibrálják a kvantumszámítógépeket, hogy hibabiztosabbak legyenek. Egy új lapban Nature Communications, a Princeton Egyetem csapata alternatív módszert kínál a hibajavításra, az úgynevezett „törlési hiba” rendszer segítségével.
Mi az a Quantum Error Correction (QEC)?
Mert a qubitek, a kvantumszámítógép fő egységei meglehetősen törékeny, hajlamosak a hibákra. "A kvantumszámítástechnikában jelenleg az a központi probléma, hogy elegendő nagy pontosságú qubit beszerzése a kvantumhiba-korrekció végrehajtásához" Jeffrey Thompson, a Princeton Egyetem docense és a tanulmány vezető kutatója egy interjúban Belül kvantumtechnológia. A legtöbb kvantum hibajavításhoz (QEC), egy algoritmust használnak a kvantumszámítógépen belüli hibák azonosítására és kijavítására. Noha ezek az algoritmusok matematikai megközelítéseken alapulnak, távolról sem tökéletesek. Ahogy Thompson elmagyarázta: „Be standard A kvantumhiba-javítás során meg kell határoznia a kvbiteken előforduló hibák helyét és típusát a megfigyelések korlátozott halmazából, amelyeket szindróma méréseknek nevezünk. Bár ezek a szindrómamérések segítenek a hibák azonosításában, nem mindig vezetnek sikeres hibajavításhoz. "A hibajavítás sikertelen, ha nem rendelkezik elegendő információval ezeknek a megállapításoknak az egyértelmű meghozatalához, ami akkor fordul elő, ha túl sok a hiba" - tette hozzá Thompson.
Törlési hiba keresése
Thompson és csapata ahelyett, hogy a hibák teljes számának csökkentésével orvosolták volna ezt a problémát, a hibák könnyebb azonosításán dolgoztak. Ezt szinte véletlenül találták meg az itterbium qubit szerkezetének tanulmányozása során. Úgy tűnt, hogy az itterbium külső héjában lévő két elektron nem kulcsfontosságú a hibajavításban. A hiba fizikai okaiban merülve a kutatóknak sikerült egy olyan rendszert kidolgozniuk, ahol a hiba forrása törli vagy megszünteti a pontatlan adatokat. A törlési rendszer úgy működött, hogy összekapcsolta a kvantumhibákat a külső elektronok energiaeltolódásával. Thompson ezt a bizonyos rendszert „törlési hibának” nevezi, és segíthet megmutatni, hol vannak pontatlanok az adatok. „A „törlési” hiba egy speciális típus, amely felfedi saját helyét, így több szindrómainformációt is felhasználhat a hiba típusának kiderítésére” – mondta Thompson. "Ez lehetővé teszi, hogy több hibát kezeljen, és ezáltal növelje a hibajavítás teljesítményét." A törlési hibák meglehetősen gyakoriak a klasszikus számítástechnikában, de a kvantumszámításban csak most veszik őket figyelembe.
A törlési hibákat felhasználva a kutatók azt találták, hogy új technikájuk ellenáll a 4.1% hibaarány, ami a jelenlegi kvantumszámítógépeknél megvalósítható. A korábbi rendszerek csak 1%-os hibaarányt tudtak elviselni, mielőtt nagyobb hibaszázalékkal elárasztották volna őket. Thompson úgy véli, hogy ez a magasabb százalék valószínűsíthetővé tehet egy nagyobb kvantumszámítógépet, több qubittel. "Ha vannak olyan qubitjei, amelyek törlési hibák felé hajlanak, akkor nincs szükség annyira, és rosszabbul is teljesíthetnek" - tette hozzá Thompson. „Bizonyos paraméter-tartományok esetén a törlési torzítású qubitekhez 10-szer vagy akár 100-szor kevesebb qubitre lehet szükség a QEC-teljesítmény bizonyos szintjének eléréséhez a hagyományos qubitekhez képest.” Sok kvantumszámítógépét bővíteni kívánó vállalat számára a törlési hibarendszer kulcsfontosságú lehet e célok eléréséhez. "Lehetséges lehet finoman újratervezni a meglévő qubiteket ennek elérése érdekében" - mondta Thompson. – Nagy az érdeklődés az ötlet iránt.
Kenna Hughes-Castleberry az Inside Quantum Technology és a Science Communicator munkatársa a JILA-nál (a Colorado Boulder Egyetem és a NIST partnersége). Írási ütemei közé tartozik a mélytechnológia, a metaverzum és a kvantumtechnológia. További munkáit a honlapján találjátok: https://kennacastleberry.com/
