25 בספטמבר 2023 - חוקרי MIT מדווחים שהם הדגימו ארכיטקטורת קיוביט מוליכים-על חדשנית שיכולה לבצע פעולות בין קיוביטים בדיוק רב יותר, תוך התייחסות לחסימה לשימוש מסחרי במחשבים קוונטיים: תיקון שגיאות.
החוקרים השתמשו בסוג חדש יחסית של קיוביטים מוליכים-על, המכונה פלוקסוניום, אשר יכול להיות בעל תוחלת חיים ארוכה יותר מאשר קיוביטים מוליכי-על הנפוצים יותר. כדי לממש את ההבטחה או המחשוב הקוונטי, גרסאות קוונטיות של קודי תיקון שגיאות חייבות להיות מסוגלות לתת את הדעת לשגיאות חישוביות מהר יותר ממה שהן מתרחשות. עם זאת, המחשבים הקוונטים של היום עדיין אינם חזקים מספיק כדי לממש תיקון שגיאות כזה בקנה מידה רלוונטי מסחרי.
הארכיטקטורה המשמשת את חוקרי ה-MIT כוללת אלמנט צימוד מיוחד בין שני קיוביטים של פלוקסוניום המאפשר להם לבצע פעולות לוגיות, הידועות כשערים, בצורה מדויקת ביותר. זה מדכא סוג של אינטראקציית רקע לא רצויה שיכולה להכניס שגיאות לפעולות קוונטיות.
גישה זו אפשרה שערים של שני קיוביטים שעלו על 99.9 אחוזי דיוק ושערים של קיוביט בודדים עם דיוק של 99.99 אחוז. בנוסף, החוקרים יישמו את הארכיטקטורה הזו על שבב תוך שימוש בתהליך ייצור הניתן להרחבה.
"בניית מחשב קוונטי בקנה מידה גדול מתחילה עם קיוביטים ושערים חזקים. הצגנו מערכת דו-קיוביט מבטיחה ביותר ופרסמנו את יתרונותיה הרבים לשינוי קנה מידה. הצעד הבא שלנו הוא להגדיל את מספר הקיוביטים", אומר ליאון דינג PhD '23, שהיה סטודנט לתואר שני בפיזיקה בקבוצת הנדסת מערכות קוונטיות (EQuS) והוא המחבר הראשי של מאמר על ארכיטקטורה זו.
דינג כתב את המאמר עם מקס הייז, פוסט דוקטורט ב-EQuS; Youngkyu Sung PhD '22; Bharath Kannan PhD '22, שכיום הוא מנכ"ל Atlantic Quantum; קייל סרניאק, מדען צוות וראש צוות במעבדת MIT לינקולן; והסופר הבכיר וויליאם ד' אוליבר, הפרופסור להנדסת חשמל ומדעי המחשב ולפיזיקה הנרי אליס וורן, מנהל המרכז להנדסה קוונטית, מנהיג EQuS ומנהל שותף של מעבדת המחקר לאלקטרוניקה; כמו גם אחרים במעבדת MIT ו-MIT לינקולן. המחקר מופיע היום ב סקירה גופנית X.
טייק חדש על ה-Fluxonium Qubit
במחשב קלאסי, שערים הם פעולות לוגיות המבוצעות על ביטים (סדרה של 1 ו-0) המאפשרות חישוב. שערים פנימה מחשוב קוונטי ניתן לחשוב על אותו אופן - שער קיוביט בודד הוא פעולה לוגית על קיוביט אחד, בעוד שער שני קיוביט הוא פעולה שתלויה במצבים של שני קיוביטים מחוברים.
נאמנות מודדת את הדיוק של פעולות קוונטיות המבוצעות על שערים אלה. שערים עם הנאמנות הגבוהה ביותר האפשרית הם חיוניים מכיוון שטעויות קוונטיות מצטברות באופן אקספוננציאלי. עם מיליארדי פעולות קוונטיות המתרחשות במערכת בקנה מידה גדול, כמות קטנה לכאורה של שגיאה יכולה לגרום במהירות לכשל של המערכת כולה.
בפועל, אפשר להשתמש בקודי תיקון שגיאות כדי להשיג שיעורי שגיאה נמוכים כל כך. עם זאת, יש "סף נאמנות" שעל הפעולות לעבור כדי ליישם את הקודים הללו. יתר על כן, דחיפת הנאמנות הרבה מעבר לסף זה מפחיתה את התקורה הדרושה ליישום קודי תיקון שגיאות.
במשך יותר מעשור, חוקרים השתמשו בעיקר בקיוביטים של טרנסמון במאמצים שלהם לבנות מחשבים קוונטיים. סוג אחר של קיוביט מוליך-על, המכונה קיוביט פלוקסוניום, נוצר לאחרונה. הוכח כי לקיוביטים של פלוקסוניום יש תוחלת חיים ארוכה יותר, או זמני קוהרנטיות, מאשר לקיוביטים טרנסמון.
זמן קוהרנטיות הוא מדד לכמה זמן קיוביט יכול לבצע פעולות או להריץ אלגוריתמים לפני שכל המידע בקיוביט יאבד.
"ככל שחייה של קיוביט ארוכים יותר, כך הפעולות שהוא נוטה לקדם נאמנות גבוהה יותר. שני המספרים הללו קשורים זה לזה. אבל לא היה ברור, אפילו כאשר קיוביטים של פלוקסוניום עצמם מתפקדים די טוב, אם אתה יכול לבצע עליהם שערים טובים", אומר דינג.
בפעם הראשונה, דינג ומשתפי הפעולה שלו מצאו דרך להשתמש בקיוביטים ארוכים יותר בארכיטקטורה שיכולה לתמוך בשערים חזקים במיוחד, בעלי נאמנות גבוהה. בארכיטקטורה שלהם, ה-Fluxonium qubits הצליחו להשיג זמני קוהרנטיות של יותר מאלפית שנייה, בערך פי 10 יותר מאשר קיוביטים טרנסמון מסורתיים.
"במהלך השנתיים האחרונות, היו מספר הדגמות של ביצועים טובים יותר של פלוקסוניום על טרנסמונים ברמת קיוביט בודדת", אומר הייס. "העבודה שלנו מראה שניתן להרחיב את שיפור הביצועים הזה גם לאינטראקציות בין קיוביטים."
ה-Fluxonium qubits פותחו בשיתוף פעולה הדוק עם MIT Lincoln Laboratory, (MIT-LL), שיש לה מומחיות בתכנון וייצור של טכנולוגיות קיוביט מוליכות-על הניתנות להרחבה.
"הניסוי הזה היה דוגמה למה שאנו מכנים 'המודל של צוות אחד': שיתוף הפעולה ההדוק בין קבוצת EQuS וצוות הקיוביט המוליכים ב-MIT-LL", אומר סרניאק. "ראוי להדגיש כאן ספציפית את התרומה של צוות הייצור ב-MIT-LL - הם פיתחו את היכולת לבנות מערכים צפופים של יותר מ-100 צמתים של ג'וזפסון במיוחד עבור פלוקסוניומים ומעגלי קיוביט חדשים אחרים."
קשר חזק יותר
הארכיטקטורה החדשנית שלהם כוללת מעגל שיש לו שני קיוביטים של פלוקסוניום בשני קצותיו, עם מצמד טרנסמון שניתן לכוונן באמצע כדי לחבר אותם יחד. ארכיטקטורת Fluxonium-Transmon-Fluxonium (FTF) זו מאפשרת צימוד חזק יותר משיטות המקשרות ישירות שני קיוביטים של Fluxonium.
FTF גם ממזער אינטראקציות לא רצויות המתרחשות ברקע במהלך פעולות קוונטיות. בדרך כלל, צימודים חזקים יותר בין קיוביטים יכולים להוביל ליותר רעש הרקע המתמשך הזה, המכונה אינטראקציות ZZ סטטיות. אבל ארכיטקטורת ה-FTF פותרת את הבעיה הזו.
היכולת לדכא את האינטראקציות הלא רצויות הללו וזמני הקוהרנטיות הארוכים יותר של קיוביטים של פלוקסוניום הם שני גורמים שאפשרו לחוקרים להפגין נאמנות שער של קיוביט בודד של 99.99 אחוז ונאמנות שער שני קיוביט של 99.9 אחוז.
נאמנות השער הללו נמצאת הרבה מעל הסף הדרוש לקודי תיקון שגיאות נפוצים מסוימים, ואמורות לאפשר זיהוי שגיאות במערכות בקנה מידה גדול יותר.
"תיקון שגיאות קוונטי בונה את חוסן המערכת באמצעות יתירות. על ידי הוספת קיוביטים נוספים, נוכל לשפר את ביצועי המערכת הכוללים, בתנאי שהקיוביטים בנפרד 'טובים מספיק'. תחשוב לנסות לבצע משימה עם חדר מלא בגננות. זה הרבה כאוס, והוספת עוד גננות לא תעשה את זה טוב יותר", מסביר אוליבר. "עם זאת, מספר סטודנטים בוגרים הפועלים יחד מובילים לביצועים שעולים על כל אחד מהפרטים - זה רעיון הסף. אמנם יש עדיין הרבה מה לעשות כדי לבנות מחשב קוונטי הניתן להרחבה, אבל זה מתחיל בביצוע פעולות קוונטיות באיכות גבוהה שנמצאות הרבה מעל הסף".
בהתבסס על התוצאות הללו, דינג, סונג, קאנן, אוליבר ואחרים הקימו לאחרונה סטארט-אפ מחשוב קוונטי, קוונטים אטלנטי. החברה מבקשת להשתמש ב-Fluxonium qubits כדי לבנות מחשב קוונטי בר-קיימא ליישומים מסחריים ותעשייתיים.
"תוצאות אלו ישימות באופן מיידי ויכולות לשנות את מצב התחום כולו. זה מראה לקהילה שיש דרך חלופית קדימה. אנו מאמינים מאוד שהארכיטקטורה הזו, או משהו כזה באמצעות קיוביטים של פלוקסוניום, מראה הבטחה גדולה במונחים של בניית מחשב קוונטי שימושי וסובלני תקלות", אומר קאנן.
למרות שמחשב כזה עדיין כנראה 10 שנים, המחקר הזה הוא צעד חשוב בכיוון הנכון, הוא מוסיף. בשלב הבא, החוקרים מתכננים להדגים את היתרונות של ארכיטקטורת FTF במערכות עם יותר משני קיוביטים מחוברים.
עבודה זו מומנה, בחלקה, על ידי משרד המחקר של צבא ארה"ב, תת-שר ההגנה למחקר והנדסה, מלגת דוקטורט של IBM, קרן קוריאה ללימודים מתקדמים ותוכנית המלגות הלאומית למדעי והנדסה של ההגנה הלאומית.
מקור: זוהי גרסה מתוקנת של סיפור מאת אדם זוו, MIT חדשות
- 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://insidehpc.com/2023/09/mit-qubit-architecture-achieves-progress-on-quantum-error-correction/
- :יש ל
- :הוא
- :לֹא
- 10
- 100
- 13
- 2023
- 25
- 9
- a
- יכולת
- יכול
- אודות
- מֵעַל
- חֶשְׁבּוֹן
- לצבור
- דיוק
- מדויק
- להשיג
- משיגה
- למעשה
- אדם
- מוסיף
- תוספת
- פְּנִיָה
- מוסיף
- לקדם
- יתרונות
- אלגוריתמים
- תעשיות
- גם
- כמות
- an
- אנליזה
- ו
- אחר
- כל
- מופיע
- ישים
- יישומים
- גישה
- ארכיטקטורה
- ARE
- צָבָא
- AS
- עמית
- At
- מחבר
- רָחוֹק
- רקע
- BE
- כי
- היה
- לפני
- תאמינו
- מוטב
- בֵּין
- מעבר
- מיליארדים
- לְהַגבִּיר
- לִבנוֹת
- בִּניָן
- בונה
- אבל
- by
- שיחה
- CAN
- יכולת
- לגרום
- מרכז
- מנכ"ל
- מסוים
- שינוי
- תוהו ובוהו
- שבב
- סְגוֹר
- קודים
- שיתוף פעולה
- מסחרי
- מסחרית
- Common
- בדרך כלל
- קהילה
- חברה
- חישוב
- המחשב
- מדעי מחשב
- מחשבים
- מחשוב
- מושג
- לְחַבֵּר
- מחובר
- לבנות
- תרומה
- יכול
- זוג
- עָשׂוֹר
- גופי בטחון
- להפגין
- מופגן
- תלוי
- עיצוב
- איתור
- מפותח
- כיוון
- ישירות
- מְנַהֵל
- do
- בְּמַהֲלָך
- מַאֲמָצִים
- או
- מכשירי חשמל
- אלמנט
- לאפשר
- מופעל
- מאפשר
- סוף
- הנדסה
- מספיק
- שלם
- שגיאה
- שגיאות
- חיוני
- אֲפִילוּ
- חריג
- עולה
- לְנַסוֹת
- מומחיות
- מסביר
- אקספוננציאלית
- מאוד
- גורמים
- FAIL
- רחוק
- מהר יותר
- דיוק
- שדה
- ראשון
- firsttime
- בעד
- קדימה
- מצא
- קרן
- נוסד
- מלא
- במימון
- יתר על כן
- גייטס
- טוב
- בוגר
- גדול
- יותר
- קְבוּצָה
- יש
- יש
- he
- הנרי
- כאן
- ביצועים גבוהים
- באיכות גבוהה
- גבוה יותר
- הגבוה ביותר
- הדגשה
- מאוד
- שֶׁלוֹ
- איך
- אולם
- HTTPS
- יבמ
- if
- מיד
- ליישם
- יושם
- חשוב
- לשפר
- in
- להגדיל
- בנפרד
- אנשים
- התעשייה
- מידע
- אינטראקציה
- יחסי גומלין
- אל תוך
- מבוא
- IT
- שֶׁלָה
- להצטרף
- ידוע
- קוריאה
- קייל
- מעבדה
- בקנה מידה גדול
- אחרון
- עוֹפֶרֶת
- מנהיג
- מוביל
- רמה
- אורך חיים, משך חיים
- כמו
- לינקולן
- חי
- הגיוני
- ארוך
- עוד
- אבוד
- מגרש
- נמוך
- לעשות
- דרך
- רב
- בוגר
- מקסימום
- max-width
- למדוד
- אמצעים
- שיטות
- אמצע
- ממזער
- MIT
- יותר
- הרבה
- צריך
- לאומי
- נחוץ
- חדש
- חדשות
- הבא
- רעש
- רומן
- עַכשָׁיו
- מספר
- מספרים
- מתרחש
- of
- כבוי
- Office
- on
- ONE
- מבצע
- תפעול
- or
- מקורו
- אחר
- אחרים
- שלנו
- הַחוּצָה
- ביצועים טובים יותר
- מקיף
- מאמר
- חלק
- נתיב
- אָחוּז
- לְבַצֵעַ
- ביצועים
- ביצעתי
- דוקטורט
- פיסיקה
- תכנית
- אפלטון
- מודיעין אפלטון
- אפלטון נתונים
- אפשרי
- תרגול
- בראש ובראשונה
- כנראה
- בעיה
- תהליך
- פרופסור
- תָכְנִית
- התקדמות
- הבטחה
- מבטיח
- לקדם
- ובלבד
- דוחף
- קוונטית
- מחשב קוונטי
- מחשבים קוונטיים
- מחשוב קוונטי
- תיקון שגיאה קוונטית
- מערכות קוונטיות
- קוביט
- קווביטים
- מהירות
- תעריפים
- להבין
- לאחרונה
- מפחית
- יחסית
- רלוונטי
- לדווח
- דוחות לדוגמא
- מחקר
- חוקרים
- כושר התאוששות
- תוצאות
- סקירה
- תקין
- חָסוֹן
- חֶדֶר
- הפעלה
- s
- אותו
- אומר
- מאזניים
- דרוג
- מדע
- מַדְעָן
- מחפש
- לִכאוֹרָה
- לחצני מצוקה לפנסיונרים
- סדרה
- כמה
- צריך
- הראה
- הראה
- הופעות
- יחיד
- קטן
- משהו
- מיוחד
- במיוחד
- סגל
- התחלות
- סטארט - אפ
- מדינה
- הברית
- שלב
- עוד
- סיפור
- חזק יותר
- בְּתוֹקֶף
- סטודנט
- סטודנטים
- מחקרים
- כזה
- מוליך-על
- תמיכה
- לעלות
- מערכת
- מערכות
- לקחת
- המשימות
- נבחרת
- טכנולוגיות
- נוטה
- מונחים
- מֵאֲשֶׁר
- זֶה
- השמיים
- המידע
- המדינה
- שֶׁלָהֶם
- אותם
- עצמם
- שם.
- אלה
- הֵם
- לחשוב
- זֶה
- מחשבה
- סף
- דרך
- קָשׁוּר
- זמן
- פִּי
- ל
- היום
- של היום
- יַחַד
- מסורתי
- מנסה
- שתיים
- סוג
- בדרך כלל
- לָנוּ
- לא רצוי
- להשתמש
- מְשׁוּמָשׁ
- באמצעות
- מנוצל
- גרסה
- גירסאות
- בַּר חַיִים
- מקום צפוף מאוד
- היה
- דֶרֶך..
- we
- טוֹב
- היו
- מה
- מתי
- אשר
- בזמן
- מי
- ויליאם
- עם
- תיק עבודות
- עובד
- ראוי
- היה
- כתב
- שנים
- עוד
- אתה
- זפירנט