Introduksjon
I verden av kvantefeilkorreksjon kommer en underdog for kongen.
Forrige uke rapporterte nye simuleringer fra to grupper at en økende klasse av kvantefeilkorrigerende koder er mer effektiv i en størrelsesorden enn gjeldende gullstandard, kjent som overflatekoden. Alle kodene fungerer ved å transformere en horde av feilutsatte qubits til et mye mindre bånd med "beskyttede" qubits som sjelden gjør feil. Men i de to simuleringene kan koder med lav tetthetsparitet - eller LDPC - lage beskyttede qubits av 10 til 15 ganger færre rå qubits enn overflatekoden. Ingen av gruppene har implementert disse simulerte sprangene i faktisk maskinvare, men de eksperimentelle tegningene antyder at disse kodene, eller koder som dem, kan fremskynde ankomsten av mer dyktige kvanteenheter.
"Det ser virkelig ut som det kommer til å bli realisert," sa Daniel Gottesman fra University of Maryland, som studerer LDPC-koder, men ikke var involvert i de nylige studiene. "Disse [kodene] kan være praktiske ting som i stor grad kan forbedre vår evne til å lage kvantedatamaskiner."
Klassiske datamaskiner kjører på biter som sjelden slår feil. Men de partikkellignende objektene - qubits - som kraftkvantedatamaskiner mister kvantemojoen når omtrent alt tvinger dem ut av deres delikate tilstand. For å lokke fremtidige qubits til nytte, planlegger forskere å bruke kvantefeilkorreksjon, praksisen med å bruke ekstra qubits for å kode informasjon redundant. Det ligner i ånden på å beskytte en melding fra statisk ved å si hvert ord to ganger, og spre informasjonen mellom flere tegn.
Den kanoniske kongen
I 1998 introduserte Alexei Kitaev fra California Institute of Technology og Sergey Bravyi, da ved Landau Institute for Theoretical Physics i Russland, den kvantefeilkorrigerende overflatekoden. Den organiserer qubits i et firkantet rutenett og utfører noe som et spill med Minesveiper: Hver qubit kobles til fire naboer, så ved å sjekke utpekte hjelpe-qubits kan du diskret snoke på fire databærende qubits. Avhengig av om sjekken returnerer en 0 eller en 1, kan du utlede om noen av naboene har gjort feil. Ved å sjekke rundt på tavlen kan du utlede hvor feilene er og fikse dem.
Introduksjon
Gjennom disse sjekkene – og mer subtile justeringer av iffy qubits – kan du også skjule en pålitelig qubit gjennom den firkantede blokkens databærende qubits, ikke akkurat her eller der, men liksom overalt. Så lenge de usikre qubitene holder minesveiperoperasjonene jevnt og jevnt, forblir den skjulte qubiten trygg og kan manipuleres for å utføre operasjoner. På denne måten smelter overflatekoden elegant sammen mange useriøse qubits til en enkelt qubit som sjelden feiler.
"Det litt irriterende for meg er at overflatekoden er den enkleste tingen du kan tenke på," sa Nikolas Breuckmann, en fysiker som ble matematiker ved University of Bristol som har brukt år på å prøve å forbedre ordningen. "Og den fungerer bemerkelsesverdig bra."
Koden ble gullstandarden for feilretting; den var svært tolerant for qubits som ikke oppførte seg, og rutenettet var lett å visualisere. Som et resultat påvirket overflatekoden utformingen av kvanteprosessorer og kvanteveikart.
"Det har vært tingen å gjøre," sa Barbara Terhal, en kvanteinformasjonsteoretiker ved forskningsinstituttet QuTech i Nederland. "Dette er brikken du må lage."
Ulempen med overflatekoden, som ennå ikke er fullstendig demonstrert i praksis, er en umettelig appetitt på qubits. Større blokker med lurvete qubits er nødvendig for å beskytte den pålitelige qubiten sterkere. Og for å lage flere beskyttede qubits, må du sy sammen flere blokker. For forskere som drømmer om å kjøre kvantealgoritmer på mange beskyttede qubits, er dette tyngende byrder.
I 2013 så Gottesman en potensiell vei ut av dette rotet.
Forskere inkludert Terhal og Bravyi hadde funnet bevis antyder at for en flat kode som bare koblet naboer til naboer, gjorde overflatekoden så bra som du kunne håpe. Men hva om du tillot hver sjekk å koble fjerntliggende qubits sammen? Kvanteinformasjonsteoretikere hadde allerede begynt å utforske koder som inneholder slike "ikke-lokale" forbindelser, som tilfeldig kalles LDPC-koder. (Forvirrende nok er overflatekoden teknisk sett også en LDPC-kode, men i praksis refererer begrepet ofte til de mer eksotiske klanmedlemmene med ikke-lokale sjekker.)
Gottesman viste da at visse LDPC-koder kunne være langt mindre glupske: De kunne stappe flere beskyttede qubits inn i en enkelt blokk, noe som ville bidra til å unngå overflatekodens ballongkrav for qubit for større algoritmer.
Men Gottesmans arbeid var sterkt idealisert og betraktet som i hovedsak uendelige svermer av qubits. Den praktiske utfordringen var å se om forskerne kunne skalere ned LDPC-koder for å fungere i ekte kvanteenheter, samtidig som de bevarte deres oomph.
Demonstrerer virtuell beskyttelse
De siste to årene, Breuckmann og andre forskere har begynt å granske ytelsen til LDPC-koder som kan kjøres på mindre og mindre systemer. Håpet var at noen kunne passe inn i dagens enheter, som kan levere kanskje 100 rå qubits.
Forrige uke, avduket et team av forskere ved IBM ledet av Bravyi en simulering av den minste og mest konkrete LDPC-planen til nå, basert på en LDPC-kode fra en lite kjent papir publisert i 2012. Det startet med overflatekodens kontroll av fire nabo-qubits og la til to nøye utvalgte «ikke-lokale» qubits.
De simulerte de ulike feilene som kunne oppstå hvis koden ble kjørt på en ekte krets, en prosess som er som å stikke et digitalt jagerfly i en digital vindtunnel og se hvordan det flyr. Og de fant ut at koden deres kunne beskytte sine pålitelige qubits langt mer effektivt enn overflatekoden. I en testkjøring tok koden 288 rå qubits som feilet 0.1 % av tiden og brukte dem til å lage 12 beskyttede qubits med en feilrate som var 10,000 4,000 ganger lavere. For den samme oppgaven, estimerte teamet, ville overflatekoden ha krevd mer enn XNUMX input-qubits.
"Vi ble veldig overrasket over det," sa Andrew Cross, en forsker på IBM-teamet.
Simuleringen erter muligheten for å få morgendagens feilretting i dag, for mens ingen har tilgang til 4,000 qubits, er enheter med hundrevis av qubits rett rundt hjørnet.
"Du kan se en ganske betydelig mengde feiltoleranse med enheter som har et antall qubits som vi har i dag," sa Gottesman.
En dag etter at IBMs forhåndstrykk dukket opp, et multi-institusjonssamarbeid av forskere ledet av Mikhail Lukin fra Harvard University og Liang Jiang ved University of Chicago la ut lignende resultater. (Forskerne nektet å diskutere arbeidet sitt, som har blitt sendt inn til et fagfellevurdert tidsskrift.) De hadde støvet støvet av to andre LDPC koder, modifiserte dem for simulering, og fant ut at de også krevde omtrent en tidel av antall input-qubits for å lage dusinvis til hundrevis av gode qubits, sammenlignet med overflatekoden.
Men å bygge en F-35 er vanskeligere enn å simulere en F-35, og å bygge en LDPC-kodeklar enhet vil også være ekstremt utfordrende. "To hovedting kan stoppe disse tingene fra faktisk å ta over," sa Gottesman.
For det første er det vanskelig å lage ikke-lokale forbindelser mellom qubits, spesielt for selskaper som IBM som lager qubits av immobile superledende kretser. Å koble disse kretsene med naboene er naturlig, men det er ikke det å lage koblinger mellom fjerne qubits.
Introduksjon
For det andre utmerker LDPC-koder seg når deres beskyttede qubits brukes til minne, slik de var i IBM-simuleringen. Men når det gjelder å bruke de tåkelige, overlappende qubitene for beregninger, gjør den sammenfiltrede, ikke-lokale kodestrukturen det mye vanskeligere å velge og styre de ønskede qubitene.
"Vi vet at det i prinsippet er mulig å gjøre disse beregningene," sa Gottesman, som skisserte et opplegg for å gjøre det i sitt arbeid fra 2013. "Men vi vet ikke om det er mulig å gjøre det på en virkelig praktisk måte."
Lukin og kollegene tok beskjedne skritt for å adressere disse primære svakhetene. For det første simulerte teamet ende-til-ende-beregning ved å kombinere et LDPC-beskyttet kvanteminne med en overflatekodebeskyttet kvanteprosessor. I den ordningen overlevde qubit-besparelsene stort sett beregningsbyrden, men på bekostning av at beregningen tok lengre tid å kjøre.
Videre skreddersydde Lukins team sine simuleringer til en type frittgående qubits som er en naturlig passform for å arrangere langdistanseforbindelser. I motsetning til de stasjonære superledende kretsene, er deres qubits atomer holdt av laserstråler. Ved å flytte laserne kan de bringe fjerne qubits i kontakt. "Dette er kjempebra for LDPC-koder," sa Breuckmann.
Når – eller selv om – LDPC-koder vil bli praktiske er fortsatt usikkert. Demonstrasjoner av titalls pålitelige minne-qubits er sannsynligvis minst et par år unna i selv de mest rosenrøde prognosene, og beregningene forblir lenger unna. Men de siste simuleringene får overflatekoden til å virke stadig mer som et springbrett på veien til kvanteberegning, snarere enn destinasjonen.
"Det er en grunn til at overflatekoden har eksistert i 20 år," sa Breuckmann. "Det er vanskelig å slå, men nå har vi bevis på at vi faktisk kan slå det."
- 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. Bil / elbiler, Karbon, CleanTech, Energi, Miljø, Solenergi, Avfallshåndtering. Tilgang her.
- PlatoHelse. Bioteknologisk og klinisk etterretning. Tilgang her.
- ChartPrime. Hev handelsspillet ditt med ChartPrime. Tilgang her.
- BlockOffsets. Modernisering av eierskap for miljøkompensasjon. Tilgang her.
- kilde: https://www.quantamagazine.org/new-codes-could-make-quantum-computing-10-times-more-efficient-20230825/
- : har
- :er
- :ikke
- :hvor
- ][s
- 000
- 1
- 10
- 100
- 12
- 15%
- 1998
- 20
- 20 år
- 2012
- 2013
- a
- evne
- Om oss
- AC
- adgang
- faktiske
- faktisk
- la til
- adressering
- Etter
- algoritmer
- Alle
- tillatt
- tillater
- langs
- allerede
- også
- blant
- beløp
- an
- og
- Andrew
- hva som helst
- dukket opp
- appetitt
- ER
- rundt
- ankomst
- AS
- At
- unngå
- borte
- BAND
- basert
- BE
- ble
- fordi
- bli
- vært
- begynt
- mellom
- større
- Blokker
- Blocks
- borde
- pin
- bringe
- bristol
- Bygning
- byrde
- men
- by
- beregninger
- california
- som heter
- CAN
- stand
- nøye
- viss
- utfordre
- utfordrende
- tegn
- sjekk
- kontroll
- Sjekker
- Chicago
- chip
- valgt ut
- clan
- klasse
- kode
- koder
- samarbeid
- kollegaer
- kommer
- kommer
- Selskaper
- sammenlignet
- beregningen
- beregninger
- datamaskiner
- databehandling
- tilkoblet
- Tilkobling
- Tilkoblinger
- forbinder
- ansett
- kontakt
- Corner
- Kostnad
- kunne
- skape
- Opprette
- Kryss
- Gjeldende
- dag
- demonstrert
- avhengig
- utforming
- utpekt
- ønsket
- destinasjonen
- enhet
- Enheter
- gJORDE
- digitalt
- diskutere
- do
- gjør
- ikke
- ned
- ulempen
- dusinvis
- hver enkelt
- lett
- effektiv
- effektivt
- ende til ende
- feil
- feil
- spesielt
- hovedsak
- anslått
- Selv
- bevis
- nøyaktig
- Excel
- Utfører
- Eksotisk
- eksperimentell
- utforske
- ekstra
- ekstremt
- Mislyktes
- Failure
- langt
- Featuring
- Noen få
- færre
- passer
- Fix
- flate
- Til
- prognoser
- funnet
- fire
- fra
- frukting
- fullt
- videre
- framtid
- spill
- få
- Gull
- Gold Standard
- god
- sterkt
- Grid
- Gruppe
- Gruppens
- HAD
- Hard
- hardere
- maskinvare
- harvard
- Harvard University
- Ha
- ledet
- Held
- hjelpe
- her.
- skjult
- Gjemme seg
- svært
- hans
- håp
- Hvordan
- HTTPS
- Hundrevis
- IBM
- if
- implementert
- forbedre
- in
- Inkludert
- stadig
- Infinite
- påvirket
- informasjon
- inngang
- Institute
- inn
- introdusert
- involvert
- IT
- DET ER
- journal
- bare
- Hold
- konge
- Vet
- kjent
- i stor grad
- større
- laser
- lasere
- Siste
- sprang
- minst
- Led
- mindre
- i likhet med
- Sannsynlig
- LINK
- lenker
- Lang
- lenger
- UTSEENDE
- taper
- lavere
- laget
- magazine
- Hoved
- gjøre
- GJØR AT
- manipulert
- mange
- Kart
- Maryland
- me
- medlemmer
- Minne
- melding
- kunne
- Feiltenning
- feil
- beskjeden
- modifisert
- mer
- mer effektivt
- mest
- flytting
- mye
- flere
- Naturlig
- Trenger
- nødvendig
- naboer
- Ingen
- Nederland
- Ny
- Nei.
- nå
- Antall
- gjenstander
- of
- off
- ofte
- on
- ONE
- bare
- Drift
- or
- rekkefølge
- organiserer
- Annen
- vår
- ut
- enn
- paritet
- banen
- peer-reviewed
- Utfør
- ytelse
- utfører
- kanskje
- Fysikk
- fly
- plato
- Platon Data Intelligence
- PlatonData
- mulighet
- mulig
- potensiell
- makt
- Praktisk
- praksis
- bevarer
- primære
- prinsipp
- prosess
- prosessor
- prosessorer
- beskytte
- beskyttet
- beskytte
- publisert
- Quantamagazin
- Quantum
- kvantealgoritmer
- kvante datamaskiner
- kvanteberegning
- kvantefeilkorreksjon
- kvanteinformasjon
- qubit
- qubits
- sjelden
- Sats
- heller
- Raw
- ekte
- virkelig
- grunnen til
- nylig
- refererer
- pålitelig
- forbli
- forblir
- rapportert
- påkrevd
- Krav
- forskning
- forsker
- forskere
- resultere
- avkastning
- ikke sant
- stiger
- vei
- omtrent
- Kjør
- rennende
- Russland
- trygge
- Sa
- samme
- Besparelser
- så
- Skala
- ordningen
- se
- se
- synes
- viste
- lignende
- simulering
- enkelt
- mindre
- problemfritt
- Snoop
- So
- noen
- noe
- sett
- brukt
- ånd
- sprer
- kvadrat
- Standard
- startet
- Tilstand
- Steps
- stikker
- Stopp
- sterk
- struktur
- studier
- innsendt
- betydelig
- slik
- foreslår
- superledende
- overflaten
- overrasket
- Overlevde
- Systemer
- skreddersydd
- ta
- Oppgave
- lag
- teknisk sett
- Teknologi
- titus
- begrep
- test
- enn
- Det
- De
- informasjonen
- Nederland
- verden
- deres
- Dem
- deretter
- teoretiske
- Der.
- Disse
- de
- ting
- ting
- tror
- denne
- De
- hele
- tid
- ganger
- til
- i dag
- dagens
- sammen
- toleranse
- også
- tok
- tøff
- mot
- transformere
- tunnel
- snudde
- To ganger
- to
- typen
- Usikker
- universitet
- University of Chicago
- I motsetning til
- avduket
- bruke
- brukt
- ved hjelp av
- ulike
- veldig
- virtuelle
- var
- Vei..
- we
- webp
- uke
- VI VIL
- var
- Hva
- når
- om
- hvilken
- mens
- HVEM
- vil
- vind
- med
- ord
- Arbeid
- verden
- ville
- år
- ennå
- Du
- zephyrnet