25 september 2023 — MIT-onderzoekers melden dat ze een nieuwe supergeleidende qubit-architectuur hebben gedemonstreerd die bewerkingen tussen qubits met grotere nauwkeurigheid kan uitvoeren, waarmee een obstakel voor commercieel gebruik van kwantumcomputers wordt aangepakt: foutcorrectie.
De onderzoekers gebruikten een relatief nieuw type supergeleidende qubit, bekend als fluxonium, dat een langere levensduur kan hebben dan de vaker gebruikte supergeleidende qubits. Om de belofte van quantum computing waar te maken, moeten quantumversies van foutcorrectiecodes rekenfouten sneller kunnen verwerken dan ze optreden. De huidige kwantumcomputers zijn echter nog niet robuust genoeg om een dergelijke foutcorrectie op commercieel relevante schaal te realiseren.
De architectuur die de MIT-onderzoekers gebruiken, omvat een speciaal koppelelement tussen twee fluxonium-qubits waarmee ze op zeer nauwkeurige wijze logische bewerkingen, poorten genoemd, kunnen uitvoeren. Het onderdrukt een soort ongewenste achtergrondinteractie die fouten in kwantumbewerkingen kan introduceren.
Deze aanpak maakte twee-qubit-poorten mogelijk met een nauwkeurigheid van meer dan 99.9 procent en single-qubit-poorten met een nauwkeurigheid van 99.99 procent. Bovendien implementeerden de onderzoekers deze architectuur op een chip met behulp van een uitbreidbaar fabricageproces.
“Het bouwen van een grootschalige kwantumcomputer begint met robuuste qubits en poorten. We lieten een veelbelovend twee-qubit-systeem zien en legden de vele voordelen ervan voor opschaling uit. Onze volgende stap is het vergroten van het aantal qubits”, zegt Leon Ding PhD '23, afgestudeerd natuurkundestudent in de groep Engineering Quantum Systems (EQuS) en hoofdauteur van een artikel over deze architectuur.
Ding schreef het artikel samen met Max Hays, een EQus-postdoc; Youngkyu Sung PhD '22; Bharath Kannan PhD '22, die nu CEO is van Atlantic Quantum; Kyle Serniak, stafwetenschapper en teamleider bij het MIT Lincoln Laboratory; en senior auteur William D. Oliver, de Henry Ellis Warren hoogleraar elektrotechniek en computerwetenschappen en natuurkunde, directeur van het Center for Quantum Engineering, leider van EQurS, en adjunct-directeur van het Research Laboratory of Electronics; evenals anderen bij MIT en MIT Lincoln Laboratory. Het onderzoek verschijnt vandaag in Fysieke beoordeling X.
Nieuwe kijk op de Fluxonium Qubit
In een klassieke computer zijn poorten logische bewerkingen die worden uitgevoerd op bits (een reeks van enen en nullen) die berekeningen mogelijk maken. Poorten binnen quantum computing kan op dezelfde manier worden gezien: een enkele qubit-poort is een logische bewerking op één qubit, terwijl een poort met twee qubits een bewerking is die afhangt van de toestanden van twee verbonden qubits.
Fidelity meet de nauwkeurigheid van kwantumbewerkingen die op deze poorten worden uitgevoerd. Poorten met de hoogst mogelijke betrouwbaarheid zijn essentieel omdat kwantumfouten zich exponentieel ophopen. Omdat er miljarden kwantumbewerkingen plaatsvinden in een grootschalig systeem, kan een schijnbaar kleine hoeveelheid fouten er snel voor zorgen dat het hele systeem faalt.
In de praktijk zou men foutcorrectiecodes gebruiken om zulke lage foutenpercentages te bereiken. Er is echter een ‘getrouwheidsdrempel’ die de operaties moeten overschrijden om deze codes te implementeren. Bovendien vermindert het ver voorbij deze drempel brengen van de betrouwbaarheid de overhead die nodig is om foutcorrectiecodes te implementeren.
Al meer dan tien jaar gebruiken onderzoekers voornamelijk transmon-qubits bij hun pogingen om kwantumcomputers te bouwen. Een ander type supergeleidende qubit, bekend als een fluxonium-qubit, is recenter ontstaan. Het is aangetoond dat Fluxonium-qubits een langere levensduur of coherentietijden hebben dan transmon-qubits.
Coherentietijd is een maatstaf voor hoe lang een qubit bewerkingen kan uitvoeren of algoritmen kan uitvoeren voordat alle informatie in de qubit verloren gaat.
“Hoe langer een qubit leeft, hoe betrouwbaarder de activiteiten die hij promoot. Deze twee getallen zijn met elkaar verbonden. Maar het was onduidelijk of je er goede poorten op kunt uitvoeren, zelfs als fluxonium-qubits zelf redelijk goed presteren”, zegt Ding.
Voor het eerst hebben Ding en zijn medewerkers een manier gevonden om deze qubits met een langere levensduur te gebruiken in een architectuur die extreem robuuste, hifi-poorten kan ondersteunen. In hun architectuur konden de fluxonium-qubits coherentietijden bereiken van meer dan een milliseconde, ongeveer tien keer langer dan traditionele transmon-qubits.
“De afgelopen jaren zijn er verschillende demonstraties geweest waarin fluxonium beter presteerde dan transmonen op het single-qubit-niveau”, zegt Hays. “Ons werk laat zien dat deze prestatieverbetering ook kan worden uitgebreid naar interacties tussen qubits.”
De fluxonium-qubits zijn ontwikkeld in nauwe samenwerking met MIT Lincoln Laboratory (MIT-LL), dat expertise heeft in het ontwerp en de fabricage van uitbreidbare supergeleidende qubit-technologieën.
“Dit experiment was exemplarisch voor wat wij het ‘één-teammodel’ noemen: de nauwe samenwerking tussen de EQuS-groep en het supergeleidende qubit-team van MIT-LL”, zegt Serniak. "Het is de moeite waard om hier specifiek de bijdrage van het fabricageteam van MIT-LL te benadrukken: zij ontwikkelden de mogelijkheid om dichte arrays van meer dan 100 Josephson-juncties te construeren, specifiek voor fluxoniums en andere nieuwe qubit-circuits."
Een sterkere verbinding
Hun nieuwe architectuur omvat een circuit met aan beide uiteinden twee fluxonium-qubits, met een afstembare transmon-koppeling in het midden om ze met elkaar te verbinden. Deze fluxonium-transmon-fluxonium (FTF)-architectuur maakt een sterkere koppeling mogelijk dan methoden die twee fluxonium-qubits rechtstreeks met elkaar verbinden.
FTF minimaliseert ook ongewenste interacties die op de achtergrond plaatsvinden tijdens kwantumbewerkingen. Doorgaans kunnen sterkere koppelingen tussen qubits leiden tot meer van deze aanhoudende achtergrondruis, ook wel statische ZZ-interacties genoemd. Maar de FTF-architectuur verhelpt dit probleem.
Het vermogen om deze ongewenste interacties te onderdrukken en de langere coherentietijden van fluxonium-qubits zijn twee factoren die de onderzoekers in staat hebben gesteld een poortgetrouwheid van één qubit van 99.99 procent en een twee-qubit-poortgetrouwheid van 99.9 procent aan te tonen.
Deze poortgetrouwheden liggen ruim boven de drempel die nodig is voor bepaalde veel voorkomende foutcorrectiecodes, en zouden foutdetectie in systemen op grotere schaal mogelijk moeten maken.
“Kwantumfoutcorrectie vergroot de veerkracht van het systeem door middel van redundantie. Door meer qubits toe te voegen, kunnen we de algehele systeemprestaties verbeteren, op voorwaarde dat de qubits afzonderlijk 'goed genoeg' zijn. Denk aan het proberen een taak uit te voeren met een kamer vol kleuters. Dat is een hele chaos, en het toevoegen van meer kleuters zal de situatie er niet beter op maken”, legt Oliver uit. “Het samenwerken van verschillende volwassen afgestudeerde studenten leidt echter tot prestaties die elk van de individuen te boven gaan – dat is het drempelconcept. Hoewel er nog veel te doen is om een uitbreidbare kwantumcomputer te bouwen, begint het met kwantumoperaties van hoge kwaliteit die ver boven de drempel liggen.”
Voortbouwend op deze resultaten hebben Ding, Sung, Kannan, Oliver en anderen onlangs een quantum computing-startup opgericht, Atlantische kwantum. Het bedrijf wil fluxonium-qubits gebruiken om een levensvatbare kwantumcomputer te bouwen voor commerciële en industriële toepassingen.
“Deze resultaten zijn onmiddellijk toepasbaar en kunnen de toestand van het hele veld veranderen. Dit laat de gemeenschap zien dat er een alternatief pad voorwaarts is. We zijn er sterk van overtuigd dat deze architectuur, of iets dergelijks waarbij gebruik wordt gemaakt van fluxonium-qubits, veelbelovend is als het gaat om het daadwerkelijk bouwen van een bruikbare, fouttolerante kwantumcomputer”, zegt Kannan.
Hoewel een dergelijke computer waarschijnlijk nog over tien jaar zal plaatsvinden, is dit onderzoek een belangrijke stap in de goede richting, voegt hij eraan toe. Vervolgens zijn de onderzoekers van plan de voordelen van de FTF-architectuur aan te tonen in systemen met meer dan twee verbonden qubits.
Dit werk werd gedeeltelijk gefinancierd door het US Army Research Office, de ondersecretaris van Defensie voor Onderzoek en Techniek, een IBM PhD-beurs, de Korea Foundation for Advance Studies en het National Defense Science and Engineering Graduate Fellowship Program.
Bron: Dit is een herziene versie van een verhaal van Adam Zewe, MIT News
- Door SEO aangedreven content en PR-distributie. Word vandaag nog versterkt.
- PlatoData.Network Verticale generatieve AI. Versterk jezelf. Toegang hier.
- PlatoAiStream. Web3-intelligentie. Kennis versterkt. Toegang hier.
- PlatoESG. carbon, CleanTech, Energie, Milieu, Zonne, Afvalbeheer. Toegang hier.
- Plato Gezondheid. Intelligentie op het gebied van biotech en klinische proeven. Toegang hier.
- Bron: https://insidehpc.com/2023/09/mit-qubit-architecture-achieves-progress-on-quantum-error-correction/
- : heeft
- :is
- :niet
- 10
- 100
- 13
- 2023
- 25
- 9
- a
- vermogen
- in staat
- Over
- boven
- Account
- Accumuleren
- nauwkeurigheid
- accuraat
- Bereiken
- Bereikt
- werkelijk
- Adam
- toe te voegen
- toevoeging
- aanpakken
- Voegt
- bevorderen
- voordelen
- algoritmen
- Alles
- ook
- bedragen
- an
- analyse
- en
- Nog een
- elke
- komt naar voren
- toepasselijk
- toepassingen
- nadering
- architectuur
- ZIJN
- Leger
- AS
- Associëren
- At
- auteur
- weg
- achtergrond
- BE
- omdat
- geweest
- vaardigheden
- geloofd wie en wat je bent
- Betere
- tussen
- Verder
- miljarden
- boost
- bouw
- Gebouw
- bouwt
- maar
- by
- Bellen
- CAN
- bekwaamheid
- Veroorzaken
- Centreren
- ceo
- zeker
- verandering
- Chaos
- spaander
- Sluiten
- codes
- samenwerking
- commercieel
- commercieel
- Gemeen
- algemeen
- gemeenschap
- afstand
- berekening
- computer
- Computer Science
- computers
- computergebruik
- concept
- Verbinden
- gekoppeld blijven
- bouwen
- bijdrage
- kon
- Koppel
- decennium
- Verdediging
- tonen
- gedemonstreerd
- afhankelijk
- Design
- Opsporing
- ontwikkelde
- richting
- direct
- Director
- do
- gedurende
- inspanningen
- beide
- Elektronica
- element
- in staat stellen
- ingeschakeld
- maakt
- einde
- Engineering
- genoeg
- Geheel
- fout
- fouten
- essentieel
- Zelfs
- overschreden
- overschrijdt
- experiment
- expertise
- Verklaart
- exponentieel
- uiterst
- factoren
- FAIL
- ver
- sneller
- trouw
- veld-
- Voornaam*
- eerste keer
- Voor
- Naar voren
- gevonden
- Foundation
- Opgericht
- vol
- gefinancierde
- Bovendien
- Gates
- goed
- Kopen Google Reviews
- afstuderen
- groot
- meer
- Groep
- Hebben
- met
- he
- henry
- hier
- hoge performantie
- hoogwaardige
- hoger
- hoogst
- markeren
- zeer
- zijn
- Hoe
- Echter
- HTTPS
- IBM
- if
- per direct
- uitvoeren
- geïmplementeerd
- belangrijk
- verbeteren
- in
- Laat uw omzet
- individueel
- individuen
- industrieel
- informatie
- wisselwerking
- interacties
- in
- voorstellen
- IT
- HAAR
- mee
- bekend
- Korea
- kyle
- laboratorium
- grootschalig
- Achternaam*
- leiden
- leider
- Leads
- Niveau
- levensduur
- als
- Lincoln
- Lives
- logisch
- lang
- langer
- verloren
- lot
- Laag
- maken
- manier
- veel
- volwassen
- max
- max-width
- maatregel
- maatregelen
- methoden
- Midden
- minimaliseert
- MIT
- meer
- veel
- Dan moet je
- nationaal
- nodig
- New
- nieuws
- volgende
- Geluid
- roman
- nu
- aantal
- nummers
- voorkomend
- of
- korting
- Kantoor
- on
- EEN
- operatie
- Operations
- or
- is ontstaan
- Overige
- Overig
- onze
- uit
- beter dan
- totaal
- Papier
- deel
- pad
- procent
- Uitvoeren
- prestatie
- uitgevoerd
- phd
- Fysica
- plan
- Plato
- Plato gegevensintelligentie
- PlatoData
- mogelijk
- praktijk
- in de eerste plaats
- waarschijnlijk
- probleem
- Hoogleraar
- Programma
- Voortgang
- belofte
- veelbelovend
- promoten
- mits
- voortvarend
- Quantum
- Quantumcomputer
- quantum computers
- quantum computing
- kwantumfoutcorrectie
- kwantumsystemen
- qubit
- qubits
- snel
- Tarieven
- realiseren
- onlangs
- vermindert
- relatief
- relevante
- verslag
- Rapporten
- onderzoek
- onderzoekers
- veerkracht
- Resultaten
- beoordelen
- rechts
- robuust
- Kamer
- lopen
- s
- dezelfde
- zegt
- balans
- scaling
- Wetenschap
- Wetenschapper
- zoekt
- schijnbaar
- senior
- -Series
- verscheidene
- moet
- vertoonde
- getoond
- Shows
- single
- Klein
- iets
- special
- specifiek
- Medewerkers
- starts
- startup
- Land
- Staten
- Stap voor
- Still
- Verhaal
- sterker
- sterk
- Student
- Leerlingen
- studies
- dergelijk
- supergeleidend
- ondersteuning
- overtreffen
- system
- Systems
- Nemen
- Taak
- team
- Technologies
- neigt
- termen
- neem contact
- dat
- De
- de informatie
- De Staat
- hun
- Ze
- zich
- Er.
- Deze
- ze
- denken
- dit
- gedachte
- drempel
- Door
- Gebonden
- niet de tijd of
- keer
- naar
- vandaag
- vandaag
- samen
- traditioneel
- proberen
- twee
- type dan:
- typisch
- ons
- ongewenste
- .
- gebruikt
- gebruik
- gebruikt
- versie
- versies
- rendabel
- konijnenberg
- was
- Manier..
- we
- GOED
- waren
- Wat
- wanneer
- welke
- en
- WIE
- william
- Met
- Mijn werk
- werkzaam
- waard
- zou
- schreef
- jaar
- nog
- You
- zephyrnet