מחשבים קוונטיים יכולים לעלות על המחשוב המקובל במשימות חיוניות, אבל הם מועדים לשגיאות שבסופו של דבר מובילות לאובדן מידע קוונטי, מה שמגביל את המכשירים הקוונטיים של היום. לכן, כדי להשיג מעבדי מידע קוונטי בקנה מידה גדול, מדענים צריכים לפתח וליישם אסטרטגיות לתיקון שגיאות קוונטיות.
חוקרים בחברת המחשוב הקוונטי שבסיסה בפריז אליס ובוב, יחד עם עמיתים ב-ENS–PSL בצרפת וב-ENS de Lyon, עשו כעת צעדים משמעותיים לקראת פתרון על ידי שיפור היציבות והשליטה של מה שנקרא קיוביטים של חתולים. על שם ניסוי המחשבה המפורסם של ארווין שרדינגר, סיביות קוונטיות אלה משתמשות במצבים קוהרנטיים של מהוד קוונטי כמצבים הלוגיים שלהם. קיוביטים של חתולים מבטיחים לתיקון שגיאות קוונטי מכיוון שהם בנויים ממצבים קוהרנטיים, מה שהופך אותם לחזקים באופן מהותי מול סוגים מסוימים של שגיאות מהסביבה.
פרוטוקול מדידה חדש
ביטים קוונטיים סובלים משני סוגים של שגיאות: היפוך פאזה והיפוך סיביות. במחשוב קוונטי, היפוך סיביות הוא שגיאה המשנה את המצב של קיוביט מ-|0⟩ ל-|1⟩ או להיפך, בדומה להיפוך סיביות קלאסית מ-0 ל-1. היפוך פאזה, לעומת זאת, הוא שגיאה שמשנה את הפאזה היחסית בין הרכיבים |0⟩ ו-|1⟩ של מצב הסופרפוזיציה של קיוביט. ניתן לייצב קיוביטים של Cat נגד שגיאות היפוך סיביות על ידי צימוד הקיוביט לסביבה המחליפה זוגות פוטונים עם המערכת באופן מועדף. זה נוגד באופן אוטונומי את ההשפעות של שגיאות מסוימות שיוצרות היפוך סיביות ומבטיח שהמצב הקוונטי יישאר בתוך תת-המרחב המתוקן שגיאות רצוי. עם זאת, האתגר של תיקון שגיאות קוונטי הוא לא רק בייצוב קיוביטים. מדובר גם בשליטה בהם מבלי לשבור את המנגנונים השומרים על יציבותם.
In 1 של זוג מחקרים שפורסמו על arXiv שרת קדם-הדפסה, ועדיין לא זכה לביקורת עמיתים, חוקרים ב-Alice & Bob, ENS-PSL ו-ENS de Lyon מצאו דרך להגדיל את זמן הפלת הסיביות ליותר מ-10 שניות - ארבעה סדרי גודל יותר מהטמעות קודמות של cat-qubit - תוך שליטה מלאה ב-cat qubit. הם השיגו זאת על ידי הצגת פרוטוקול קריאה שאינו מתפשר על הגנת ה-bit flip ב-cat qubit שלהם, המורכב מסופרפוזיציה קוונטית של שני מצבים קוונטיים קלאסיים הכלואים במהוד קוונטי מוליך-על בשבב. באופן מכריע, ערכת המדידה החדשה שהם המציאו לקריאה ושליטה במצבי הקיוביט הללו אינה מסתמכת על רכיבי בקרה פיזיים נוספים, שהגבילו בעבר את זמני היפוך הסיביות הניתנים להשגה.
עיצובי ניסוי קודמים השתמשו בטרנסמון מוליך-על - אלמנט קוונטי דו-מפלסי - כדי לשלוט ולקרוא את מצב הקיוביט החתול. כאן, החוקרים המציאו ערכת קריאה ובקרה חדשה המשתמשת באותו מהוד עזר המספק את מנגנון ייצוב שני הפוטונים עבור הקיוביט של החתול. כחלק מהתכנית הזו, הם יישמו שער הולונומי שנקרא שהופך את השוויון של המצב הקוונטי למספר הפוטונים במהוד. שוויון מספר הפוטונים הוא תכונה אופיינית של קיוביט החתול: סופרפוזיציה שווה של שני המצבים הקוהרנטיים מכילה רק סופרפוזיציה של מספרי פוטון זוגיים, בעוד שאותה סופרפוזיציה אך עם סימן מינוס מכילה רק סופרפוזיציה של מספרי פוטון אי זוגיים. לכן השוויון מספק מידע לגבי המצב שבו נמצאת המערכת הקוונטית.
עיצוב מחדש של ייצוב קיוביטים של חתולים
צוות אליס ובוב הכין וצילם מצבי סופרפוזיציה קוונטית תוך שליטה על הפאזה של סופרפוזיציות אלו ושמר על זמן היפוך סיביות של למעלה מ-10 שניות וזמן היפוך פאזה ארוך מ-490 ns. מימוש מלא של מחשב קוונטי מתוקן שגיאות בקנה מידה גדול המבוסס על קיוביטים של חתולים ידרוש לא רק שליטה טובה וקריאה מהירה, אלא גם אמצעי להבטיח שהקיוביט החתול יישאר יציב מספיק זמן כדי לבצע חישובים. חוקרים מאליס ובוב ומ-ENS דה ליון התייחסו למשימה החשובה והמאתגרת הזו מחקר שני.
כדי לממש קיוביט חתול מיוצב, המערכת יכולה להיות מונעת על ידי תהליך שני פוטונים המחדיר זוגות של פוטונים תוך פיזור של שני פוטונים בלבד בבת אחת. זה נעשה בדרך כלל על ידי צימוד ה-cat qubit לתהודה עזר ושאיבת אלמנט הנקרא SQUID אסימטרי-הברגה (ATS) עם פולסי מיקרוגל מכוונים במדויק. עם זאת, גישה זו טומנת בחובה חסרונות משמעותיים, כגון הצטברות חום, הפעלה של תהליכים לא רצויים והצורך של אלקטרוניקה מיקרוגל מגושם.
כדי למתן את הבעיות הללו, החוקרים תכננו מחדש את מנגנון פיזור שני הפוטונים כך שלא ידרוש משאבה נוספת כזו. במקום ATS, הם יישמו את ה-cat qubit במצב מתנד מוליך-על בצירוף מצב עזר אובד באמצעות אלמנט לא ליניארי המורכב ממספר רב של צמתים ג'וזפסון. אלמנט ג'וזפסון משמש כ"מערבל" המאפשר להתאים בדיוק את האנרגיה של שני פוטוני קיוביט חתולים לזו של פוטון אחד במהוד העזר. כתוצאה מכך, בתהליך הנקרא אוטו-פרמטרי זה, זוגות פוטונים במהוד ה-cat qubit הופכים לפוטון בודד של מצב חיץ ללא צורך במשאבת מיקרוגל נוספת.
על ידי תכנון מעגל מוליך בעל מבנה סימטרי, הצוות הצליח לחבר תהודה איכותית עם תהודה נמוכה דרך אותו אלמנט ג'וזפסון. בכך הם הגדילו את קצב פיזור שני הפוטונים בפקטור של 10 בהשוואה לתוצאות קודמות, כאשר זמן היפוך סיביות מתקרב לשנייה אחת - במקרה זה מוגבל על ידי הטרנסמון. יש צורך בקצב פיזור גבוה של שני פוטונים עבור מניפולציה מהירה של קיוביט ומחזורי תיקון שגיאות קצרים. אלה חיוניים לתיקון שגיאות היפוך השלב הנותרות בקוד חזרה של קיוביטים של חתולים.
יישומים עתידיים עם קיוביטים לחתולים
גרהרד קירכמאיר, פיזיקאי במכון לאופטיקה קוונטית ומידע קוונטי באינסברוק, אוסטריה, שלא היה מעורב באף אחד מהמחקרים, אומר ששתי העבודות מתארות שלבים חשובים לקראת מימוש קיוביט מתוקן שגיאות מלא. "אלה הם הצעדים הבאים לקראת תיקון שגיאות מלא", אומר קירכמאיר. "הם מדגימים בבירור שאפשר להשיג הגנה אקספוננציאלית מפני היפוך סיביות במערכות אלו, מה שמוכיח שגישה זו ברת קיימא למימוש תיקון שגיאות קוונטי מלא."
החוקרים מודים כי נותרו מכשולים משמעותיים. מכיוון שהדיוק של הקריאה באמצעות פרוטוקול השער ההולונומי היה מוגבל למדי, הם רוצים למצוא דרכים לשפר אותו. הדגמת שערים הכוללים קיוביטים מרובים של חתולים ובדיקה אם הגנת ה-bit-flip המובנית נשארת תהיה שלב חשוב נוסף. יתר על כן, עם הגדרת המכשיר האוטו-פרמטרי החדש להחלפת זוגות של פוטונים, מייסד שותף של אליס ובוב, רפאל לסקאן, צופה שיוכלו לייצב קיוביט חתול באמצעות ארבעה מצבים קוהרנטיים שונים במקום שניים בלבד. "המטרה שלנו היא להשתמש בחוזק הצימוד הלא ליניארי חסר התקדים כדי לייצב קט-קווביט בן ארבעה רכיבים, שיציע באתרו הגנה על שגיאות היפוך שלב יחד עם הגנה על שגיאות היפוך סיביות", אומר לסקאן.
מדוע אליס ובוב מייצרים קיוביטים לחתולים, IOP קורא לפעולה על יעד אפס נטו
Kirchmair מאמינה שתוצאות אלו סוללות את הדרך לסכימות תיקון שגיאות משוכללות יותר הנשענות על הקיוביטים המוטיים ברעש, שבהם קצב היפוך הסיביות נמוך בהרבה מקצב היפוך השלב הנותר. "השלבים הבאים יהיו קנה מידה של מערכת זו כך שתתקן גם תהפוכות פאזה ובכך יממש קיוביט מתוקן שגיאות במלואו", אומר קירשמאייר עולם הפיזיקה. "אפשר אפילו לדמיין שילוב של שתי הגישות במערכת אחת כדי להפיק את המיטב משתי התוצאות ולשפר עוד יותר את זמני הפיכת הסיביות."
- הפצת תוכן ויחסי ציבור מופעל על ידי SEO. קבל הגברה היום.
- PlatoData.Network Vertical Generative Ai. העצים את עצמך. גישה כאן.
- PlatoAiStream. Web3 Intelligence. הידע מוגבר. גישה כאן.
- PlatoESG. פחמן, קלינטק, אנרגיה, סביבה, שמש, ניהול פסולת. גישה כאן.
- PlatoHealth. מודיעין ביוטכנולוגיה וניסויים קליניים. גישה כאן.
- מקור: https://physicsworld.com/a/cat-qubits-reach-a-new-level-of-stability/
- :הוא
- :לֹא
- :איפה
- $ למעלה
- 1
- 10
- 160
- 7
- 72
- a
- יכול
- אודות
- דיוק
- בר השגה
- להשיג
- הושג
- הודה
- פעולה
- הפעלה
- נוסף
- ממוען
- לאחר
- נגד
- AL
- ירייה
- לאורך
- גם
- an
- ו
- אחר
- צופה
- כל
- יישומים
- גישה
- גישות
- מתקרב
- ARE
- AS
- At
- אוסטריה
- באופן אוטונומי
- רקע
- מבוסס
- BE
- כי
- להיות
- מאמין
- הטוב ביותר
- בֵּין
- קצת
- ביטים
- שחור
- כָּחוֹל
- שילינג
- שניהם
- שבירה
- חיץ
- אבל
- by
- שיחות
- CAN
- מקרה
- חָתוּל
- מסוים
- לאתגר
- אתגר
- שינויים
- מאפיין
- בדיקה
- שבב
- בבירור
- קליק
- מייסד שותף
- קוד
- קוהרנטי
- עמיתים
- שילוב
- לעומת
- רכיבים
- פשרה
- חישובים
- המחשב
- מחשבים
- מחשוב
- מורכב
- מורכב
- בנוי
- מכיל
- לִשְׁלוֹט
- שליטה
- מקובל
- להמיר
- הומר
- לתקן
- יכול
- זוג
- יחד
- מכריע
- באופן מכריע
- מחזורי
- de
- להפגין
- מדגים
- הפגנה
- לתאר
- מְתוּאָר
- עיצוב
- תכנון
- עיצובים
- רצוי
- לפתח
- מפותח
- מכשיר
- התקנים
- תרשים
- אחר
- עושה
- עשה
- חסרונות
- מונע
- E&T
- תופעות
- או
- משוכלל
- מכשירי חשמל
- אלמנט
- אלמנטים
- אנרגיה
- שיפור
- מספיק
- ENS
- מבטיח
- הבטחתי
- סביבה
- שווה
- שגיאה
- שגיאות
- חיוני
- אֲפִילוּ
- בדיוק
- העולה
- חליפין
- בורסות
- לְנַסוֹת
- ניסויים
- מעריכי
- מאריך
- גורם
- מפורסם
- מהר
- פירמה
- ראשון
- Flip
- פליפ
- בעד
- מצא
- ארבע
- החל מ-
- מלא
- מן המניין
- לגמרי
- נוסף
- יתר על כן
- שער
- גייטס
- ליצור
- מטרה
- טוב
- ירוק
- יד
- יש
- בִּכְבֵדוּת
- הוחזק
- כאן
- גָבוֹהַ
- באיכות גבוהה
- אירוח
- אולם
- HTTPS
- תמונה
- תמונה
- ליישם
- יישומים
- יושם
- חשוב
- לשפר
- in
- כולל
- גדל
- גדל
- מידע
- הטמון
- במקום
- מכון
- אל תוך
- באופן מהותי
- החדרה
- מעורב
- מעורב
- סוגיה
- IT
- jpg
- רק
- שמור
- בקנה מידה גדול
- עוֹפֶרֶת
- רמה
- מוגבל
- מגביל
- קווים
- רשימה
- הגיוני
- ארוך
- עוד
- את
- להוריד
- עשוי
- שמירה
- לעשות
- עושה
- עשייה
- מניפולציה
- להתאים
- max-width
- אומר
- מדידה
- מנגנון
- מנגנוני
- זכרון
- להקל
- ערבוב
- מצב
- יותר
- הרבה
- מספר
- שם
- הכרח
- צורך
- נחוץ
- נטו-אפס
- חדש
- הבא
- לֹא קָוִי
- עַכשָׁיו
- מספר
- מספרים
- מכשולים
- of
- הַצָעָה
- on
- פעם
- ONE
- יחידות
- רק
- לפתוח
- אופטיקה
- or
- הזמנות
- אחר
- הַחוּצָה
- יותר
- זוג
- זוגות
- מאמר
- זוגיות
- חלק
- לסלול
- ביקורת עמיתים
- לְבַצֵעַ
- אדם
- שלב
- צילום
- פוטונים
- גופני
- פיזיקאי
- פיסיקה
- עולם הפיזיקה
- אפלטון
- מודיעין אפלטון
- אפלטון נתונים
- תנוחות
- אפשרי
- פורסם
- בדיוק
- מוּכָן
- קודם
- קוֹדֶם
- בעיות
- תהליך
- תהליכים
- מעבדים
- מבטיח
- רכוש
- .
- פרוטוקול
- מספק
- לִשְׁאוֹב
- שאיבה
- קוונטית
- מחשב קוונטי
- מחשוב קוונטי
- תיקון שגיאה קוונטית
- מידע קוונטי
- אופטיקה קוונטית
- סופרפוזיציה קוונטית
- קוביט
- קווביטים
- ציון
- במקום
- לְהַגִיעַ
- חומר עיוני
- קריאה
- להבין
- מימוש
- Red
- קרוב משפחה
- לסמוך
- הסתמכות
- להשאר
- נותר
- שְׂרִידִים
- לדרוש
- חוקרים
- תהודה
- תוצאה
- תוצאות
- חָסוֹן
- s
- אותו
- אומר
- דרוג
- תכנית
- תוכניות
- מדענים
- שְׁנִיָה
- שניות
- שרת
- משמש
- התקנה
- קצר
- הראה
- סִימָן
- משמעותי
- דומה
- יחיד
- So
- פִּתָרוֹן
- כמה
- יציבות
- לייצב
- יציב
- מדינה
- הברית
- שלב
- צעדים
- עוד
- אסטרטגיות
- כוח
- צעדים
- מִבְנֶה
- מחקרים
- לימוד
- כזה
- מוליך-על
- חֲפִיפָה
- לעלות
- מערכת
- מערכות
- המשימות
- משימות
- נבחרת
- אומר
- עשר
- מֵאֲשֶׁר
- זֶה
- השמיים
- המדינה
- שֶׁלָהֶם
- אותם
- בכך
- לכן
- אלה
- הֵם
- זֶה
- מחשבה
- דרך
- תמונה ממוזערת
- כָּך
- זמן
- פִּי
- ל
- של היום
- יַחַד
- לקראת
- מסורתי
- טרנספורמציה
- התמרות
- לכודים
- נָכוֹן
- מכוון
- שתיים
- סוגים
- בסופו של דבר
- חסר תקדים
- לא רצוי
- להשתמש
- מְשׁוּמָשׁ
- שימושים
- באמצעות
- בְּדֶרֶך כְּלַל
- ולהיפך
- באמצעות
- בַּר חַיִים
- סְגָן
- לצפיה
- רוצה
- היה
- דֶרֶך..
- דרכים
- מה
- ואילו
- אם
- אשר
- בזמן
- לבן
- מי
- יצטרך
- עם
- בתוך
- לְלֹא
- עובד
- עוֹלָם
- היה
- עוד
- זפירנט