By Kenna lagt ut 12. september 2022
En av de største utfordringene med å utvikle en kvantedatamaskin er feil correction. Feil innen kvanteberegning er ganske vanlig, hovedsakelig på grunn av miljøstøy og systemets generelle skjørhet. Disse feilene kan forårsake unøyaktige målinger og skjeve resultatene av kvanteprogrammering. Mange selskaper, som IBM og Google, jobber med måter å rette opp disse feilene på eller rekalibrere kvantedatamaskiner for å være mer feilsikre. I et nytt papir fra Nature Communications, tilbyr et team fra Princeton University en alternativ metode til feilretting ved å se på et system kjent som «slettefeil».
Hva er Quantum Error Correction (QEC)?
Fordi qubits, kjerneenhetene i en kvantedatamaskin, er ganske skjør, de er mottakelige for feil. "Det sentrale problemet nå i kvanteberegning er å få nok høykvalitets qubits til å implementere kvantefeilkorreksjon," forklarte Jeffrey Thompson, en førsteamanuensis ved Princeton University og hovedforskeren på studien i et intervju med Inne i kvanteteknologi. For de fleste typer kvantefeilkorreksjon (QEC), brukes en algoritme for å identifisere og reparere feil i kvantedatamaskinen. Selv om disse algoritmene er basert på matematiske tilnærminger, er de langt fra perfekte. Som Thompson forklarte: "In Standard kvantefeilkorreksjon, må du bestemme både plasseringene og typene feil som oppsto på qubitene dine, fra et begrenset sett med observasjoner, kjent som syndrommålinger." Selv om disse syndrommålingene er nyttige for å finne feil, fører de ikke alltid til vellykket feilretting. "Feilretting mislykkes når du ikke har tilstrekkelig informasjon til å gjøre disse bestemmelsene entydig, noe som skjer når det er for mange feil," la Thompson til.
Finner slettefeil
I stedet for å fikse dette problemet ved å redusere det totale antallet feil, jobbet Thompson og teamet hans for å gjøre feilene lettere å identifisere. De fant dette nesten ved et uhell mens de studerte strukturen til ytterbium qubit. De to elektronene i ytterbiums ytre skall så ikke ut til å være nøkkelen til å hjelpe med feilretting. Ved å dykke ned i de fysiske årsakene til feilen, var forskerne i stand til å utvikle et system der kilden til feilen sletter eller eliminerer unøyaktige data. Slettesystemet fungerte ved å koble kvantefeilene til energiskiftet i de ytre elektronene. Thompson kaller dette bestemte systemet en "slettefeil", og det kan hjelpe til med å vise hvor data er unøyaktige. "En "sletting"-feil er en spesiell type evighet som avslører sin egen plassering, så du kan bruke mer av syndrominformasjonen for å finne ut feiltypen, sa Thompson. "Dette lar deg håndtere flere feil, og dermed øke ytelsen til feilretting." Slettefeil er ganske vanlig i klassisk databehandling, men er først nå vurdert i kvantedatabehandling.
Ved å bruke slettefeil fant forskerne at deres nye teknikk kunne tåle en 4.1% feilrate, som er mulig for nåværende kvantedatamaskiner. Tidligere systemer kunne bare tåle en feilrate på 1 % før de ble overveldet med en høyere feilprosent. Thompson mener at denne høyere prosentandelen kan gjøre en større kvantedatamaskin med flere qubits til en sannsynlig realitet. "Hvis du har qubits som er partisk mot slettefeil, trenger du ikke så mange, og de kan prestere dårligere," la Thompson til. "For visse rekkevidder av parametere, kan sletting-biased qubits kreve 10 x eller til og med 100x færre qubits for å oppnå et visst nivå av QEC-ytelser sammenlignet med konvensjonelle qubits." For mange selskaper som ønsker å skalere opp kvantedatamaskinene sine, kan et slettefeilsystem være nøkkelen til å nå disse målene. "Det kan være mulig å subtilt redesigne eksisterende qubits for å oppnå dette," sa Thompson. "Det er stor interesse for denne ideen."
Kenna Hughes-Castleberry er stabsskribent ved Inside Quantum Technology og Science Communicator ved JILA (et partnerskap mellom University of Colorado Boulder og NIST). Skriverytmene hennes inkluderer dypteknologi, metaverset og kvanteteknologi. Du kan finne mer av arbeidet hennes på nettsiden hennes: https://kennacastleberry.com/
