25. september 2023 — MIT-forskere rapporterer at de har demonstrert en ny superledende qubit-arkitektur som kan utføre operasjoner mellom qubits med større nøyaktighet, og adresserer en veisperring for kommersiell bruk av kvantedatamaskiner: feilretting.
Forskerne brukte en relativt ny type superledende qubit, kjent som fluxonium, som kan ha en levetid som er lengre enn mer vanlig brukte superledende qubits. For å realisere løftet eller kvanteberegning, må kvanteversjoner av feilkorrigeringskoder kunne gjøre rede for beregningsfeil raskere enn de oppstår. Dagens kvantedatamaskiner er imidlertid ennå ikke robuste nok til å realisere slik feilretting i kommersielt relevante skalaer.
Arkitekturen brukt av MIT-forskerne involverer et spesielt koblingselement mellom to fluxonium-qubits som gjør dem i stand til å utføre logiske operasjoner, kjent som porter, på en svært nøyaktig måte. Den undertrykker en type uønsket bakgrunnsinteraksjon som kan introdusere feil i kvanteoperasjoner.
Denne tilnærmingen muliggjorde to-qubit-porter som oversteg 99.9 prosent nøyaktighet og enkelt-qubit-porter med 99.99 prosent nøyaktighet. I tillegg implementerte forskerne denne arkitekturen på en brikke ved hjelp av en utvidbar fabrikasjonsprosess.
«Å bygge en storskala kvantedatamaskin starter med robuste qubits og porter. Vi viste et svært lovende to-qubit-system og la frem dets mange fordeler for skalering. Vårt neste skritt er å øke antallet qubits, sier Leon Ding PhD '23, som var en fysikkstudent i Engineering Quantum Systems (EQuS)-gruppen og er hovedforfatter av en artikkel om denne arkitekturen.
Ding skrev oppgaven med Max Hays, en EQuS postdoc; Youngkyu Sung PhD '22; Bharath Kannan PhD '22, som nå er administrerende direktør i Atlantic Quantum; Kyle Serniak, en stabsforsker og teamleder ved MIT Lincoln Laboratory; og seniorforfatter William D. Oliver, Henry Ellis Warren-professor i elektroteknikk og informatikk og fysikk, direktør for Center for Quantum Engineering, leder av EQuS, og assisterende direktør for Research Laboratory of Electronics; så vel som andre ved MIT og MIT Lincoln Laboratory. Forskningen vises i dag i Fysisk gjennomgang X.
Ny versjon av Fluxonium Qubit
I en klassisk datamaskin er porter logiske operasjoner utført på biter (en serie med 1-er og 0-er) som muliggjør beregning. Porter inn kvanteberegning kan tenkes på samme måte - en enkelt qubit-port er en logisk operasjon på én qubit, mens en to-qubit-port er en operasjon som avhenger av tilstandene til to tilkoblede qubits.
Fidelity måler nøyaktigheten til kvanteoperasjoner utført på disse portene. Porter med høyest mulig troskap er avgjørende fordi kvantefeil akkumuleres eksponentielt. Med milliarder av kvanteoperasjoner som skjer i et system i stor skala, kan en tilsynelatende liten mengde feil raskt føre til at hele systemet svikter.
I praksis vil man bruke feilrettingskoder for å oppnå så lave feilrater. Imidlertid er det en "troskapsgrense" som operasjonene må overgå for å implementere disse kodene. Videre, å skyve troskapene langt utover denne terskelen reduserer overheaden som trengs for å implementere feilkorrigerende koder.
I mer enn et tiår har forskere først og fremst brukt transmon-qubits i arbeidet med å bygge kvantedatamaskiner. En annen type superledende qubit, kjent som en fluxonium-qubit, oppsto nylig. Fluxonium-qubits har vist seg å ha lengre levetid, eller koherenstider, enn transmon-qubits.
Koherenstid er et mål på hvor lenge en qubit kan utføre operasjoner eller kjøre algoritmer før all informasjonen i qubiten går tapt.
"Jo lenger en qubit lever, jo høyere troskap er operasjonene den pleier å fremme. Disse to tallene er knyttet sammen. Men det har vært uklart, selv når fluxonium-qubits i seg selv fungerer ganske bra, om du kan utføre gode porter på dem, sier Ding.
For første gang fant Ding og hans samarbeidspartnere en måte å bruke disse qubitene med lengre levetid på i en arkitektur som kan støtte ekstremt robuste, high-fidelity-porter. I sin arkitektur var fluxonium-qubitene i stand til å oppnå koherenstider på mer enn et millisekund, omtrent 10 ganger lengre enn tradisjonelle transmon-qubits.
"I løpet av de siste par årene har det vært flere demonstrasjoner av fluksonium som overgår transmons på enkelt-qubit-nivå," sier Hays. "Vårt arbeid viser at denne ytelsesøkningen kan utvides til interaksjoner mellom qubits også."
Fluxonium qubits ble utviklet i et nært samarbeid med MIT Lincoln Laboratory, (MIT-LL), som har ekspertise innen design og fabrikasjon av utvidbare superledende qubit-teknologier.
"Dette eksperimentet var eksemplarisk på det vi kaller "one-team-modellen": det nære samarbeidet mellom EQuS-gruppen og det superledende qubit-teamet ved MIT-LL, sier Serniak. "Det er verdt å fremheve her spesifikt bidraget fra fabrikasjonsteamet ved MIT-LL - de utviklet muligheten til å konstruere tette arrays av mer enn 100 Josephson-kryss spesifikt for fluxoniums og andre nye qubit-kretser."
En sterkere forbindelse
Deres nye arkitektur involverer en krets som har to fluxonium-qubits i hver ende, med en avstembar transmon-kobling i midten for å koble dem sammen. Denne fluxonium-transmon-fluxonium (FTF)-arkitekturen muliggjør en sterkere kobling enn metoder som direkte kobler to fluxonium-qubits.
FTF minimerer også uønskede interaksjoner som oppstår i bakgrunnen under kvanteoperasjoner. Vanligvis kan sterkere koblinger mellom qubits føre til mer av denne vedvarende bakgrunnsstøyen, kjent som statiske ZZ-interaksjoner. Men FTF-arkitekturen løser dette problemet.
Evnen til å undertrykke disse uønskede interaksjonene og de lengre koherenstidene til fluxonium-qubits er to faktorer som gjorde forskerne i stand til å demonstrere single-qubit gate fidelity på 99.99 prosent og to-qubit gate fidelity på 99.9 prosent.
Disse gate-fidelitetene er godt over terskelen som trengs for visse vanlige feilkorrigeringskoder, og bør muliggjøre feildeteksjon i større systemer.
"Kvantefeilkorreksjon bygger systemresiliens gjennom redundans. Ved å legge til flere qubits kan vi forbedre den generelle systemytelsen, forutsatt at qubitene er "gode nok" hver for seg. Tenk på å prøve å utføre en oppgave med et rom fullt av barnehagebarn. Det er mye kaos, og å legge til flere barnehager vil ikke gjøre det bedre, forklarer Oliver. "Men flere modne studenter som jobber sammen fører til ytelse som overgår noen av individene - det er terskelkonseptet. Selv om det fortsatt er mye å gjøre for å bygge en utvidbar kvantedatamaskin, starter det med å ha kvanteoperasjoner av høy kvalitet som er godt over terskelen.»
Med utgangspunkt i disse resultatene, grunnla Ding, Sung, Kannan, Oliver og andre nylig en oppstart av kvantedatabehandling, Atlantic Quantum. Selskapet søker å bruke fluxonium-qubits for å bygge en levedyktig kvantedatamaskin for kommersielle og industrielle applikasjoner.
"Disse resultatene er umiddelbart gjeldende og kan endre tilstanden til hele feltet. Dette viser samfunnet at det er en alternativ vei fremover. Vi har stor tro på at denne arkitekturen, eller noe sånt som dette ved å bruke fluxonium-qubits, viser stort løfte når det gjelder å faktisk bygge en nyttig, feiltolerant kvantedatamaskin, sier Kannan.
Selv om en slik datamaskin fortsatt sannsynligvis er 10 år unna, er denne forskningen et viktig skritt i riktig retning, legger han til. Deretter planlegger forskerne å demonstrere fordelene med FTF-arkitekturen i systemer med mer enn to tilkoblede qubits.
Dette arbeidet ble delvis finansiert av US Army Research Office, Undersecretary of Defense for Research and Engineering, et IBM PhD-stipendium, Korea Foundation for Advance Studies og National Defense Science and Engineering Graduate Fellowship Program.
Kilde: Dette er en revidert versjon av en historie av Adam Zewe, MIT News
- SEO-drevet innhold og PR-distribusjon. Bli forsterket i dag.
- PlatoData.Network Vertical Generative Ai. Styrk deg selv. Tilgang her.
- PlatoAiStream. Web3 Intelligence. Kunnskap forsterket. Tilgang her.
- PlatoESG. Karbon, CleanTech, Energi, Miljø, Solenergi, Avfallshåndtering. Tilgang her.
- PlatoHelse. Bioteknologisk og klinisk etterretning. Tilgang her.
- kilde: https://insidehpc.com/2023/09/mit-qubit-architecture-achieves-progress-on-quantum-error-correction/
- : har
- :er
- :ikke
- 10
- 100
- 13
- 2023
- 25
- 9
- a
- evne
- I stand
- Om oss
- ovenfor
- Logg inn
- Akkumulere
- nøyaktighet
- nøyaktig
- Oppnå
- oppnår
- faktisk
- Adam
- legge
- tillegg
- adressering
- Legger
- avansere
- fordeler
- algoritmer
- Alle
- også
- beløp
- an
- analyse
- og
- En annen
- noen
- vises
- aktuelt
- søknader
- tilnærming
- arkitektur
- ER
- Army
- AS
- Førsteamanuensis
- At
- forfatter
- borte
- bakgrunn
- BE
- fordi
- vært
- før du
- tro
- Bedre
- mellom
- Beyond
- milliarder
- øke
- bygge
- Bygning
- bygger
- men
- by
- ring
- CAN
- evne
- Årsak
- sentrum
- konsernsjef
- viss
- endring
- Chaos
- chip
- Lukke
- koder
- samarbeid
- kommersiell
- kommersielt
- Felles
- vanligvis
- samfunnet
- Selskapet
- beregningen
- datamaskin
- informatikk
- datamaskiner
- databehandling
- konsept
- Koble
- tilkoblet
- konstruere
- bidrag
- kunne
- Par
- tiår
- Forsvar
- demonstrere
- demonstrert
- avhenger
- utforming
- Gjenkjenning
- utviklet
- retning
- direkte
- Regissør
- do
- under
- innsats
- enten
- Elektronikk
- element
- muliggjøre
- aktivert
- muliggjør
- slutt
- Ingeniørarbeid
- nok
- Hele
- feil
- feil
- avgjørende
- Selv
- skredet
- stiger
- eksperiment
- ekspertise
- forklarer
- eksponentielt
- ekstremt
- faktorer
- FAIL
- langt
- raskere
- fidelity
- felt
- Først
- første gang
- Til
- Forward
- funnet
- Fundament
- Stiftet
- fullt
- finansierte
- Dess
- Gates
- god
- oppgradere
- flott
- større
- Gruppe
- Ha
- å ha
- he
- henry
- her.
- høy ytelse
- høykvalitets
- høyere
- høyest
- utheving
- svært
- hans
- Hvordan
- Men
- HTTPS
- IBM
- if
- umiddelbart
- iverksette
- implementert
- viktig
- forbedre
- in
- Øke
- individuelt
- individer
- industriell
- informasjon
- interaksjon
- interaksjoner
- inn
- introdusere
- IT
- DET ER
- bli medlem
- kjent
- korea
- Kyle
- laboratorium
- storskala
- Siste
- føre
- leder
- Fører
- Nivå
- levetid
- i likhet med
- Lincoln
- Bor
- logisk
- Lang
- lenger
- tapte
- Lot
- Lav
- gjøre
- måte
- mange
- moden
- max
- max bredde
- måle
- målinger
- metoder
- Middle
- minimerer
- MIT
- mer
- mye
- må
- nasjonal
- nødvendig
- Ny
- nyheter
- neste
- Bråk
- roman
- nå
- Antall
- tall
- forekommende
- of
- off
- Office
- on
- ONE
- drift
- Drift
- or
- opprinnelse
- Annen
- andre
- vår
- ut
- bedre ytelse enn i
- samlet
- Papir
- del
- banen
- prosent
- Utfør
- ytelse
- utført
- phd
- Fysikk
- fly
- plato
- Platon Data Intelligence
- PlatonData
- mulig
- praksis
- primært
- sannsynligvis
- Problem
- prosess
- Professor
- program
- Progress
- løfte
- lovende
- fremme
- forutsatt
- Skyver
- Quantum
- Kvantedatamaskin
- kvante datamaskiner
- kvanteberegning
- kvantefeilkorreksjon
- kvantesystemer
- qubit
- qubits
- raskt
- priser
- realisere
- nylig
- reduserer
- relativt
- relevant
- rapporterer
- Rapporter
- forskning
- forskere
- resiliens
- Resultater
- anmeldelse
- ikke sant
- robust
- rom
- Kjør
- s
- samme
- sier
- vekter
- skalering
- Vitenskap
- Forsker
- søker
- tilsynelatende
- senior
- Serien
- flere
- bør
- viste
- vist
- Viser
- enkelt
- liten
- noe
- spesiell
- spesielt
- Staff
- starter
- oppstart
- Tilstand
- Stater
- Trinn
- Still
- Story
- sterkere
- sterk
- Student
- Studenter
- studier
- slik
- superledende
- støtte
- overgå
- system
- Systemer
- Ta
- Oppgave
- lag
- Technologies
- pleier
- vilkår
- enn
- Det
- De
- informasjonen
- Staten
- deres
- Dem
- seg
- Der.
- Disse
- de
- tror
- denne
- trodde
- terskel
- Gjennom
- Tied
- tid
- ganger
- til
- i dag
- dagens
- sammen
- tradisjonelle
- prøver
- to
- typen
- typisk
- oss
- uønsket
- bruke
- brukt
- ved hjelp av
- benyttes
- versjon
- versjoner
- levedyktig
- warren
- var
- Vei..
- we
- VI VIL
- var
- Hva
- når
- hvilken
- mens
- HVEM
- william
- med
- Arbeid
- arbeid
- verdt
- ville
- skrev
- år
- ennå
- Du
- zephyrnet