האם מערכת חדשה של "שגיאת מחיקה" יכולה להיות המפתח לתיקון שגיאות קוונטי?

אחד האתגרים הגדולים ביותר בפיתוח מחשב קוונטי הוא שגיאה correctioנ. שגיאות במחשוב קוונטי הן די שכיחות, בעיקר בשל רעש סביבתי והשבריריות הכללית של המערכת. שגיאות אלו עלולות לגרום למדידות לא מדויקות ולהטות את התוצאות של תכנות קוונטי. חברות רבות, כמו יבמ ו Google, עובדים על דרכים לתיקון שגיאות אלו או לכיול מחדש של מחשבים קוונטיים כדי להיות חסינים יותר לשגיאות. בעיתון חדש מ תקשורת טבע, צוות מאוניברסיטת פרינסטון מציע שיטה חלופית לתיקון שגיאות על ידי הסתכלות על מערכת המכונה "שגיאת מחיקה".

מהו תיקון שגיאות קוונטי (QEC)?

כי קיוביטים, יחידות הליבה של מחשב קוונטי, הן די שָׁבִיר, הם חשופים לשגיאות. "הבעיה המרכזית כעת במחשוב קוונטי היא לקבל מספיק קיוביטים נאמנות גבוהה כדי ליישם תיקון שגיאות קוונטי", הסביר ג'פרי תומפסון, פרופסור חבר באוניברסיטת פרינסטון והחוקר הראשי על המחקר בראיון עם בתוך טכנולוגיה קוונטית. עבור רוב סוגי תיקון השגיאות הקוונטי (QEC), נעשה שימוש באלגוריתם לזיהוי ותיקון שגיאות בתוך המחשב הקוונטי. בעוד שהאלגוריתמים הללו מבוססים על גישות מתמטיות, הם רחוקים מלהיות מושלמים. כפי שהסביר תומפסון: "ב תֶקֶן תיקון שגיאות קוונטי, עליך לקבוע הן את המיקומים והן את סוגי השגיאות שהתרחשו בקווביטים שלך, מתוך קבוצה מוגבלת של תצפיות, המכונה מדידות תסמונת." בעוד שמדידות תסמונת אלו מועילות באיתור שגיאות, הן לא תמיד מובילות לתיקון שגיאות מוצלח. "תיקון השגיאות נכשל כאשר אין לך מספיק מידע כדי לבצע את הקביעות הללו באופן חד משמעי, מה שמתרחש כאשר יש יותר מדי שגיאות", הוסיף תומפסון.

מציאת שגיאת מחיקה

במקום לתקן בעיה זו על ידי צמצום המספר הכולל של שגיאות, תומפסון והצוות שלו פעלו כדי להקל על זיהוי השגיאות. הם מצאו זאת כמעט במקרה בזמן שחקרו את המבנה של קיוביט האיטרביום. נראה ששני האלקטרונים במעטפת החיצונית של האיטרביום לא היו המפתח בסיוע בתיקון שגיאות. בצלילה לתוך הגורמים הפיזיים של השגיאה, החוקרים הצליחו לפתח מערכת שבה מקור השגיאה מוחק או מבטל את הנתונים הלא מדויקים. מערכת המחיקה פעלה על ידי קישור השגיאות הקוונטיות לשינוי האנרגיה באלקטרונים החיצוניים. תומפסון מכנה את המערכת הספציפית הזו "שגיאת מחיקה", והיא יכולה לעזור להראות היכן הנתונים אינם מדויקים. "שגיאת 'מחיקה' היא סוג מיוחד של אי פעם שחושפת את המיקום שלו, כך שאתה יכול להשתמש יותר במידע התסמונת כדי להבין את סוג השגיאה", אמר תומפסון. "זה מאפשר לך להתמודד עם יותר שגיאות, ולכן להגדיל את הביצועים של תיקון שגיאות." שגיאות מחיקה נפוצות למדי במחשוב קלאסי אך נחשבות רק כעת במחשוב קוונטי.

באמצעות שגיאות מחיקה, החוקרים גילו שהטכניקה החדשה שלהם יכולה לעמוד בפני א 4.1% שיעור שגיאות, שהוא ריאלי עבור מחשבים קוונטיים נוכחיים. מערכות קודמות יכלו לעמוד בשיעור שגיאות של 1% בלבד לפני שהוצפו באחוז שגיאות גבוה יותר. תומפסון מאמין שאחוז גבוה יותר זה יכול להפוך מחשב קוונטי גדול יותר עם יותר קיוביטים למציאות סבירה. "אם יש לך קיוביטים המוטים לכיוון שגיאות מחיקה, אתה לא צריך כל כך הרבה, והם יכולים לבצע גרוע יותר", הוסיף תומפסון. "עבור טווחים מסוימים של פרמטרים, קיוביטים מוטי מחיקה עשויים לדרוש פי 10 או אפילו פי 100 פחות קיוביטים כדי להשיג רמה מסוימת של ביצועי QEC בהשוואה לקיוביטים רגילים." עבור חברות רבות המעוניינות להגדיל את המחשבים הקוונטים שלהן, מערכת שגיאות מחיקה עשויה להיות המפתח להשגת יעדים אלו. "ייתכן שיהיה אפשר לעצב מחדש קביטים קיימים עדין כדי להשיג זאת", אמר תומפסון. "יש עניין רב ברעיון הזה."

קנה יוז-קסטלברי היא כותבת צוות ב-Inside Quantum Technology ו-Science Communicator ב-JILA (שותפות בין אוניברסיטת קולורדו בולדר ו-NIST). פעימות הכתיבה שלה כוללות Deep Tech, Metaverse וטכנולוגיה קוונטית. תוכל למצוא עוד מעבודותיה באתר האינטרנט שלה: https://kennacastleberry.com/