25. szeptember 2023. – Az MIT kutatói arról számoltak be, hogy bemutattak egy új szupravezető qubit architektúrát, amely nagyobb pontossággal tud műveleteket végrehajtani a qubitek között, felszámolva a kvantumszámítógépek kereskedelmi felhasználása előtt álló akadályt: hibajavítás.
A kutatók egy viszonylag új típusú szupravezető qubitet, a fluxóniumot alkalmaztak, amelynek élettartama hosszabb lehet, mint a gyakrabban használt szupravezető qubitek. Az ígéret vagy a kvantumszámítás megvalósításához a hibajavító kódok kvantumváltozatainak képesnek kell lenniük a számítási hibák gyorsabb számbavételére, mint amennyire azok előfordulnak. A mai kvantumszámítógépek azonban még nem elég robusztusak ahhoz, hogy ilyen hibajavítást megvalósítsanak kereskedelmileg releváns méretekben.
Az MIT kutatói által használt architektúra egy speciális csatolóelemet foglal magában két fluxónium qubit között, amely lehetővé teszi számukra, hogy rendkívül pontos módon hajtsanak végre logikai műveleteket, úgynevezett kapukat. Elnyom egy olyan nem kívánt háttérinterakciót, amely hibákat vezethet be a kvantumműveletekben.
Ez a megközelítés lehetővé tette a 99.9 százalékos pontosságot meghaladó kétkubites kapukat és 99.99 százalékos pontossággal az egykubites kapukat. Ezenkívül a kutatók ezt az architektúrát egy chipen valósították meg, bővíthető gyártási folyamat segítségével.
„Egy nagyszabású kvantumszámítógép építése robusztus qubitekkel és kapukkal kezdődik. Bemutattunk egy nagyon ígéretes két qubites rendszert, és lefektettük annak számos előnyét a skálázáshoz. Következő lépésünk a qubitek számának növelése” – mondja Leon Ding PhD '23, aki az Engineering Quantum Systems (EQuS) csoport fizika végzős hallgatója volt, és egy erről az architektúráról szóló tanulmány vezető szerzője.
Ding a dolgozatot Max Hayssel, az EQuS posztdocjával írta; Youngkyu Sung PhD '22; Bharath Kannan PhD '22, aki jelenleg az Atlantic Quantum vezérigazgatója; Kyle Serniak, az MIT Lincoln Laboratory munkatársa és csoportvezetője; és William D. Oliver vezető szerző, Henry Ellis Warren elektromérnöki és számítástechnikai professzor, valamint a fizika professzora, a Quantum Engineering Központ igazgatója, az EQuS vezetője és az Elektronikai Kutatólaboratórium társigazgatója; valamint mások az MIT-ben és az MIT Lincoln Laboratory-ban. A kutatás ma jelenik meg Fizikai áttekintés X.
Új kép a Fluxonium Qubitről
A klasszikus számítógépekben a kapuk olyan logikai műveletek, amelyeket biteken hajtanak végre (1-es és 0-s sorozat), amelyek lehetővé teszik a számítást. Kapuk be kvantumszámítás Ugyanígy lehet elképzelni – az egyetlen qubit kapu egy logikai művelet egy qubiten, míg a két qubites kapu olyan művelet, amely két összekapcsolt qubit állapotától függ.
A Fidelity az ezeken a kapukon végrehajtott kvantumműveletek pontosságát méri. A lehető legmagasabb pontosságú kapuk elengedhetetlenek, mert a kvantumhibák exponenciálisan halmozódnak fel. Mivel egy nagyméretű rendszerben több milliárd kvantumművelet játszódik le, egy látszólag kis mennyiségű hiba gyorsan az egész rendszer meghibásodását okozhatja.
A gyakorlatban hibajavító kódokat használnának az ilyen alacsony hibaarányok eléréséhez. Van azonban egy „hűségküszöb”, amelyet a műveleteknek meg kell haladniuk a kódok végrehajtásához. Ezen túlmenően, ha a pontosságot messze túllépi ezen a küszöbértéken, akkor csökken a hibajavító kódok megvalósításához szükséges többletköltség.
A kutatók több mint egy évtizede elsősorban transzmon qubiteket használnak kvantumszámítógépek felépítésére. A szupravezető qubit egy másik típusa, az úgynevezett fluxónium qubit, a közelmúltban keletkezett. Kimutatták, hogy a fluxónium qubitek hosszabb élettartamúak vagy koherenciaidők, mint a transzmon qubitek.
A koherenciaidő annak mértéke, hogy egy qubit mennyi ideig képes műveleteket végrehajtani vagy algoritmusokat futtatni, mielőtt a qubitben lévő összes információ elveszne.
„Minél tovább él egy qubit, annál pontosabbak azok a műveletek, amelyeket általában előmozdít. Ez a két szám össze van kötve. De még akkor is tisztázatlan volt, ha maguk a fluxónium qubitek elég jól teljesítenek, vajon sikerül-e jó kapukat csinálni rajtuk” – mondja Ding.
Ding és munkatársai most először találtak módot arra, hogy ezeket a hosszabb élettartamú qubiteket olyan architektúrában használják fel, amely képes támogatni a rendkívül robusztus, nagy hűségű kapukat. Felépítésükben a fluxónium qubitek több mint egy ezredmásodperces koherenciaidőt tudtak elérni, ami körülbelül 10-szer hosszabb, mint a hagyományos transzmon qubitek.
„Az elmúlt néhány évben több alkalommal is demonstrálták, hogy a fluxónium felülmúlja a transzmonokat az egy-qubit szinten” – mondja Hays. "Munkánk azt mutatja, hogy ez a teljesítménynövelés kiterjeszthető a qubitek közötti interakciókra is."
A fluxónium qubiteket az MIT Lincoln Laboratory-val (MIT-LL) szoros együttműködésben fejlesztették ki, amely szakértelemmel rendelkezik a nyújtható szupravezető qubit technológiák tervezésében és gyártásában.
„Ez a kísérlet példája volt annak, amit „egycsapatos modellnek” nevezünk: az EQuS csoport és a MIT-LL szupravezető qubit csapata közötti szoros együttműködésben” – mondja Serniak. „Itt érdemes kiemelni az MIT-LL gyártási csapatának hozzájárulását: több mint 100 Josephson csomópontból álló sűrű tömbök kialakításának képességét fejlesztették ki kifejezetten fluxóniumokhoz és más új qubit áramkörökhöz.”
Erősebb kapcsolat
Újszerű felépítésük egy olyan áramkört foglal magában, amelynek mindkét végén két fluxónium kubit van, középen egy hangolható transzmoncsatolóval, amely összeköti őket. Ez a fluxónium-transzmon-fluxónium (FTF) architektúra erősebb csatolást tesz lehetővé, mint a két fluxónium qubitet közvetlenül összekötő módszerek.
Az FTF emellett minimálisra csökkenti a kvantumműveletek során a háttérben fellépő nem kívánt interakciókat. Jellemzően a qubitek közötti erősebb csatolás több ilyen tartós háttérzajhoz vezethet, amelyet statikus ZZ-kölcsönhatásoknak neveznek. De az FTF architektúra orvosolja ezt a problémát.
A nemkívánatos kölcsönhatások elnyomásának képessége és a fluxónium qubitek hosszabb koherenciaideje két olyan tényező, amely lehetővé tette a kutatóknak, hogy 99.99 százalékos egykubites és 99.9 százalékos kétkbites kapuhűséget mutassanak.
Ezek a kapuhűségek jóval meghaladják bizonyos általános hibajavító kódokhoz szükséges küszöbértéket, és lehetővé kell tenniük a hiba észlelését nagyobb méretű rendszerekben.
„A kvantumhiba-javítás a redundancia révén növeli a rendszer rugalmasságát. További qubitek hozzáadásával javíthatjuk a rendszer általános teljesítményét, feltéve, hogy a qubitek külön-külön „elég jók”. Gondoljon arra, hogy egy óvodákkal teli helyiségben próbál meg egy feladatot elvégezni. Ez nagy káosz, és ha több óvodát veszünk fel, attól még nem lesz jobb” – magyarázza Oliver. „Azonban több érett végzős hallgató együttdolgozása olyan teljesítményhez vezet, amely meghaladja az egyéneket – ez a küszöbfogalom. Noha még sok a tennivaló egy bővíthető kvantumszámítógép megépítéséhez, ez a jó minőségű kvantumműveletek elvégzésével kezdődik, amelyek jóval a küszöbérték felett vannak.”
Ezekre az eredményekre építve Ding, Sung, Kannan, Oliver és mások nemrégiben alapítottak egy kvantumszámítógép-indítást, Atlantikvantum. A vállalat a fluxónium qubitek felhasználásával életképes kvantumszámítógépet kíván építeni kereskedelmi és ipari alkalmazásokhoz.
„Ezek az eredmények azonnal alkalmazhatók, és megváltoztathatják az egész mező állapotát. Ez megmutatja a közösségnek, hogy van egy másik út is. Meggyőződésünk, hogy ez az architektúra, vagy valami ehhez hasonló, a fluxónium qubitek felhasználásával nagy ígéretet mutat egy hasznos, hibatűrő kvantumszámítógép megépítésében” – mondja Kannan.
Noha egy ilyen számítógép még valószínűleg 10 évre van, ez a kutatás fontos lépés a helyes irányba, teszi hozzá. Ezt követően a kutatók azt tervezik, hogy demonstrálják az FTF architektúra előnyeit kettőnél több összekapcsolt qubittel rendelkező rendszerekben.
Ezt a munkát részben az Egyesült Államok Hadseregének Kutatási Hivatala, a kutatásért és mérnöki védelemért felelős miniszterhelyettes, az IBM PhD-ösztöndíja, a Koreai Alapítvány az Advance Studiesért és a Nemzeti Védelmi Tudományos és Mérnöki Ösztöndíjprogram finanszírozta.
Forrás: Ez Adam Zewe történetének átdolgozott változata, MIT News
- SEO által támogatott tartalom és PR terjesztés. Erősödjön még ma.
- PlatoData.Network Vertical Generative Ai. Erősítse meg magát. Hozzáférés itt.
- PlatoAiStream. Web3 Intelligence. Felerősített tudás. Hozzáférés itt.
- PlatoESG. Carbon, CleanTech, Energia, Környezet, Nap, Hulladékgazdálkodás. Hozzáférés itt.
- PlatoHealth. Biotechnológiai és klinikai vizsgálatok intelligencia. Hozzáférés itt.
- Forrás: https://insidehpc.com/2023/09/mit-qubit-architecture-achieves-progress-on-quantum-error-correction/
- :van
- :is
- :nem
- 10
- 100
- 13
- 2023
- 25
- 9
- a
- képesség
- Képes
- Rólunk
- felett
- Fiók
- felhalmozásra
- pontosság
- pontos
- Elérése
- ér
- tulajdonképpen
- Ádám
- hozzáadásával
- mellett
- címzés
- Hozzáteszi
- előre
- előnyei
- algoritmusok
- Minden termék
- Is
- összeg
- an
- elemzés
- és a
- Másik
- bármilyen
- Megjelenik
- alkalmazható
- alkalmazások
- megközelítés
- építészet
- VANNAK
- Hadsereg
- AS
- Társult
- At
- szerző
- el
- háttér
- BE
- mert
- óta
- előtt
- Hisz
- Jobb
- között
- Túl
- milliárd
- fellendítésére
- épít
- Épület
- épít
- de
- by
- hívás
- TUD
- képesség
- Okoz
- Központ
- vezérigazgató
- bizonyos
- változik
- Káosz
- csip
- közel
- kódok
- együttműködés
- kereskedelmi
- kereskedelemben
- Közös
- általában
- közösség
- vállalat
- számítás
- számítógép
- Computer Science
- számítógépek
- számítástechnika
- koncepció
- Csatlakozás
- összefüggő
- konstrukció
- hozzájárulás
- tudott
- Pár
- évtized
- Védelem
- bizonyítani
- igazolták
- függ
- Design
- Érzékelés
- fejlett
- irány
- közvetlenül
- Igazgató
- do
- alatt
- erőfeszítések
- bármelyik
- Elektronika
- elem
- lehetővé
- engedélyezve
- lehetővé teszi
- végén
- Mérnöki
- elég
- Egész
- hiba
- hibák
- alapvető
- Még
- meghaladta
- meghaladja
- kísérlet
- szakvélemény
- Elmagyarázza
- exponenciálisan
- rendkívüli módon
- tényezők
- FAIL
- messze
- gyorsabb
- hűség
- mező
- vezetéknév
- első
- A
- Előre
- talált
- Alapítvány
- Alapított
- Tele
- finanszírozott
- Továbbá
- Gates
- jó
- diplomás
- nagy
- nagyobb
- Csoport
- Legyen
- tekintettel
- he
- Henrik
- itt
- nagy teljesítményű
- jó minőségű
- <p></p>
- legnagyobb
- kiemelve
- nagyon
- övé
- Hogyan
- azonban
- HTTPS
- IBM
- if
- azonnal
- végre
- végre
- fontos
- javul
- in
- Növelje
- Egyénileg
- egyének
- ipari
- információ
- kölcsönhatás
- kölcsönhatások
- bele
- bevezet
- IT
- ITS
- csatlakozik
- ismert
- korea
- Kyle
- laboratórium
- nagyarányú
- keresztnév
- vezet
- vezető
- vezetékek
- szint
- élettartam
- mint
- Lincoln
- életek
- logikus
- Hosszú
- hosszabb
- elveszett
- Sok
- Elő/Utó
- csinál
- mód
- sok
- érett
- max
- max-width
- intézkedés
- intézkedések
- mód
- Középső
- minimalizálja
- MIT
- több
- sok
- kell
- nemzeti
- szükséges
- Új
- hír
- következő
- Zaj
- regény
- Most
- szám
- számok
- előforduló
- of
- kedvezmény
- Office
- on
- ONE
- működés
- Művelet
- or
- származik
- Más
- Egyéb
- mi
- ki
- jelzettnél jobb teljesítményt
- átfogó
- Papír
- rész
- ösvény
- százalék
- Teljesít
- teljesítmény
- teljesített
- phd
- Fizika
- terv
- Plató
- Platón adatintelligencia
- PlatoData
- lehetséges
- gyakorlat
- elsősorban
- valószínűleg
- Probléma
- folyamat
- Egyetemi tanár
- Program
- Haladás
- ígéret
- biztató
- kellene támogatnia,
- feltéve,
- Toló
- Kvantum
- Kvantum számítógép
- kvantum számítógépek
- kvantumszámítás
- kvantum hibajavítás
- kvantumrendszerek
- qubit
- qubit
- gyorsan
- Az árak
- észre
- nemrég
- csökkenti
- viszonylag
- jelentést
- kutatás
- kutatók
- rugalmasság
- Eredmények
- Kritika
- jobb
- erős
- Szoba
- futás
- s
- azonos
- azt mondja,
- Mérleg
- skálázás
- Tudomány
- Tudós
- Keresi
- látszólag
- idősebb
- Series of
- számos
- kellene
- kimutatta,
- mutatott
- Műsorok
- egyetlen
- kicsi
- valami
- speciális
- kifejezetten
- Személyzet
- kezdődik
- indítás
- Állami
- Államok
- Lépés
- Még mindig
- Történet
- erősebb
- erősen
- diák
- Diákok
- tanulmányok
- ilyen
- szupravezető
- támogatás
- túlszárnyalni
- rendszer
- Systems
- Vesz
- Feladat
- csapat
- Technologies
- hajlamos
- feltételek
- mint
- hogy
- A
- az információ
- Az állam
- azok
- Őket
- maguk
- Ott.
- Ezek
- ők
- Szerintem
- ezt
- gondoltam
- küszöb
- Keresztül
- Bekötött
- idő
- alkalommal
- nak nek
- Ma
- mai
- együtt
- hagyományos
- próbál
- kettő
- típus
- jellemzően
- nekünk
- felesleges
- használ
- használt
- segítségével
- hasznosított
- változat
- verzió
- életképes
- nyúlkert
- volt
- Út..
- we
- JÓL
- voltak
- Mit
- amikor
- ami
- míg
- WHO
- william
- val vel
- Munka
- dolgozó
- érdemes
- lenne
- írt
- év
- még
- te
- zephyrnet