25 września 2023 r. — Badacze z MIT zgłaszają, że zademonstrowali nowatorską nadprzewodzącą architekturę kubitów, która może wykonywać operacje między kubitami z większą dokładnością, eliminując przeszkodę w komercyjnym wykorzystaniu komputerów kwantowych: korekcję błędów.
Naukowcy wykorzystali stosunkowo nowy typ kubitu nadprzewodzącego, znany jako fluksonium, którego żywotność jest dłuższa niż częściej stosowane kubity nadprzewodzące. Aby zrealizować obietnicę obliczeń kwantowych, kwantowe wersje kodów korekcji błędów muszą być w stanie uwzględnić błędy obliczeniowe szybciej, niż one występują. Jednak dzisiejsze komputery kwantowe nie są jeszcze wystarczająco solidne, aby móc przeprowadzić taką korekcję błędów w skali komercyjnej.
Architektura używana przez badaczy z MIT obejmuje specjalny element sprzęgający pomiędzy dwoma kubitami fluksoniowymi, który umożliwia im wykonywanie operacji logicznych, zwanych bramkami, z dużą dokładnością. Tłumi rodzaj niepożądanej interakcji w tle, która może wprowadzić błędy do operacji kwantowych.
Podejście to umożliwiło utworzenie bramek dwukubitowych z dokładnością przekraczającą 99.9% oraz bramek jednokubitowych z dokładnością 99.99%. Ponadto badacze zaimplementowali tę architekturę na chipie, stosując rozszerzalny proces produkcyjny.
„Budowa wielkoskalowego komputera kwantowego zaczyna się od solidnych kubitów i bramek. Pokazaliśmy bardzo obiecujący system dwóch kubitów i przedstawiliśmy jego liczne zalety w zakresie skalowania. Naszym kolejnym krokiem będzie zwiększenie liczby kubitów” – mówi dr Leon Ding '23, absolwent fizyki w grupie Engineering Quantum Systems (EQuS) i główny autor artykułu na temat tej architektury.
Ding napisał artykuł wraz z Maxem Haysem, postdoktorem EQuS; Doktor Youngkyu Sung '22; Bharath Kannan PhD '22, obecnie dyrektor generalny Atlantic Quantum; Kyle Serniak, pracownik naukowy i kierownik zespołu w MIT Lincoln Laboratory; oraz starszy autor William D. Oliver, Henry Ellis Warren, profesor elektrotechniki, informatyki i fizyki, dyrektor Centrum Inżynierii Kwantowej, lider EQuS i zastępca dyrektora Laboratorium Badawczego Elektroniki; a także inni w MIT i MIT Lincoln Laboratory. Badania ukazują się dzisiaj w Przegląd fizyczny X.
Nowe podejście do kubitu Fluxonium
W klasycznym komputerze bramki to operacje logiczne wykonywane na bitach (seria jedynek i zer), które umożliwiają obliczenia. Bramy w informatyka kwantowa można o tym myśleć w ten sam sposób — pojedyncza bramka kubitowa jest operacją logiczną na jednym kubicie, podczas gdy bramka z dwoma kubitami to operacja zależna od stanów dwóch połączonych kubitów.
Wierność mierzy dokładność operacji kwantowych wykonywanych na tych bramkach. Bramki o najwyższej możliwej wierności są niezbędne, ponieważ błędy kwantowe kumulują się wykładniczo. Ponieważ w wielkoskalowym systemie zachodzą miliardy operacji kwantowych, pozornie niewielka ilość błędów może szybko spowodować awarię całego systemu.
W praktyce można by zastosować kody korygujące błędy, aby osiągnąć tak niski poziom błędów. Istnieje jednak „próg wierności”, który operacje muszą przekroczyć, aby wdrożyć te kody. Co więcej, przesuwanie wierności znacznie poza ten próg zmniejsza obciążenie potrzebne do wdrożenia kodów korekcji błędów.
Od ponad dziesięciu lat badacze w swoich wysiłkach nad budową komputerów kwantowych wykorzystują głównie kubity transmonowe. Inny typ kubitu nadprzewodzącego, znany jako kubit fluksoniowy, powstał niedawno. Wykazano, że kubity fluksoniowe mają dłuższą żywotność, czyli czasy koherencji, niż kubity transmonowe.
Czas koherencji to miara tego, jak długo kubit może wykonywać operacje lub uruchamiać algorytmy, zanim wszystkie informacje zawarte w kubicie zostaną utracone.
„Im dłużej żyje kubit, tym większą wierność operacji ma tendencję do promowania. Te dwie liczby są ze sobą powiązane. Nie jest jednak jasne, czy nawet w przypadku, gdy kubity fluksoniowe same w sobie radzą sobie całkiem dobrze, można na nich wykonać dobre bramki” – mówi Ding.
Po raz pierwszy Ding i jego współpracownicy znaleźli sposób na wykorzystanie tych trwalszych kubitów w architekturze, która może obsługiwać niezwykle wytrzymałe bramki o wysokiej wierności. Dzięki swojej architekturze kubity fluksoniowe były w stanie osiągnąć czasy koherencji przekraczające milisekundę, czyli około 10 razy dłuższe niż tradycyjne kubity transmonowe.
„W ciągu ostatnich kilku lat odbyło się kilka demonstracji, w których fluksonium przewyższa transmoni na poziomie pojedynczego kubitu” – mówi Hays. „Nasza praca pokazuje, że ten wzrost wydajności można rozszerzyć również na interakcje między kubitami”.
Kubity fluksoniowe opracowano w ścisłej współpracy z laboratorium MIT Lincoln Laboratory (MIT-LL), które ma wiedzę specjalistyczną w zakresie projektowania i wytwarzania technologii rozszerzalnych kubitów nadprzewodzących.
„Ten eksperyment był przykładem tego, co nazywamy «modelem jednego zespołu»: ścisłej współpracy między grupą EQuS a zespołem ds. kubitów nadprzewodzących w MIT-LL” – mówi Serniak. „Warto w tym miejscu szczególnie podkreślić wkład zespołu produkcyjnego z MIT-LL — rozwinął on zdolność do konstruowania gęstych układów ponad 100 złączy Josephsona, specjalnie dla fluksoniów i innych nowych obwodów kubitowych”.
Silniejsze połączenie
Ich nowatorska architektura obejmuje obwód, który ma dwa kubity fluksoniowe na obu końcach i przestrajalny sprzęgacz transmonowy pośrodku, który łączy je ze sobą. Ta architektura fluksoniowo-transmonowo-fluksoniowa (FTF) umożliwia silniejsze sprzężenie niż metody, które bezpośrednio łączą dwa kubity fluksoniowe.
FTF minimalizuje także niepożądane interakcje występujące w tle podczas operacji kwantowych. Zwykle silniejsze sprzężenia między kubitami mogą prowadzić do większej liczby trwałych szumów tła, znanych jako statyczne interakcje ZZ. Ale architektura FTF rozwiązuje ten problem.
Zdolność do tłumienia tych niepożądanych interakcji i dłuższe czasy koherencji kubitów fluksoniowych to dwa czynniki, które umożliwiły naukowcom wykazanie wierności bramki pojedynczego kubitu na poziomie 99.99% i wierności bramki dwóch kubitów na poziomie 99.9%.
Te wierności bramek znacznie przekraczają próg wymagany dla niektórych powszechnych kodów korekcji błędów i powinny umożliwiać wykrywanie błędów w systemach o większej skali.
„Kwantowa korekcja błędów zwiększa odporność systemu poprzez redundancję. Dodając więcej kubitów, możemy poprawić ogólną wydajność systemu, pod warunkiem, że poszczególne kubity są „wystarczająco dobre”. Pomyśl o próbie wykonania zadania w pokoju pełnym przedszkolaków. To mnóstwo chaosu i dodanie większej liczby przedszkolaków nie poprawi sytuacji” – wyjaśnia Oliver. „Jednak kilku dojrzałych absolwentów współpracujących ze sobą prowadzi do wyników, które przewyższają jakąkolwiek osobę – to koncepcja progowa. Chociaż w budowie rozszerzalnego komputera kwantowego jest jeszcze wiele do zrobienia, zaczyna się od zapewnienia wysokiej jakości operacji kwantowych, które znacznie przekraczają próg”.
Opierając się na tych wynikach, Ding, Sung, Kannan, Oliver i inni założyli niedawno start-up zajmujący się obliczeniami kwantowymi, Atlantycki kwant. Firma zamierza wykorzystać kubity fluksoniowe do zbudowania opłacalnego komputera kwantowego do zastosowań komercyjnych i przemysłowych.
„Te wyniki można natychmiast zastosować i mogą zmienić stan całego pola. To pokazuje społeczeństwu, że istnieje alternatywna droga naprzód. Jesteśmy głęboko przekonani, że ta architektura lub coś w tym stylu wykorzystującego kubity fluksoniowe jest bardzo obiecujące, jeśli chodzi o faktyczne zbudowanie użytecznego, odpornego na błędy komputera kwantowego” – mówi Kannan.
Choć stworzenie takiego komputera zajmie jeszcze prawdopodobnie 10 lat, badania te stanowią ważny krok we właściwym kierunku – dodaje. Następnie badacze planują wykazać zalety architektury FTF w systemach z więcej niż dwoma połączonymi kubitami.
Prace te zostały częściowo sfinansowane przez Biuro Badań Armii Stanów Zjednoczonych, Podsekretarza Obrony ds. Badań i Inżynierii, stypendium doktoranckie IBM, Korea Foundation for Advance Studies oraz program stypendialny dla absolwentów nauk i inżynierii obrony narodowej.
Źródło: To jest poprawiona wersja opowiadania Adama Zewe’a, MIT News
- Dystrybucja treści i PR oparta na SEO. Uzyskaj wzmocnienie już dziś.
- PlatoData.Network Pionowe generatywne AI. Wzmocnij się. Dostęp tutaj.
- PlatoAiStream. Inteligencja Web3. Wiedza wzmocniona. Dostęp tutaj.
- PlatonESG. Węgiel Czysta technologia, Energia, Środowisko, Słoneczny, Gospodarowanie odpadami. Dostęp tutaj.
- Platon Zdrowie. Inteligencja w zakresie biotechnologii i badań klinicznych. Dostęp tutaj.
- Źródło: https://insidehpc.com/2023/09/mit-qubit-architecture-achieves-progress-on-quantum-error-correction/
- :ma
- :Jest
- :nie
- 10
- 100
- 13
- 2023
- 25
- 9
- a
- zdolność
- Zdolny
- O nas
- powyżej
- Konto
- Gromadź BTC
- precyzja
- dokładny
- Osiągać
- Osiąga
- faktycznie
- Adam
- dodanie
- dodatek
- adresowanie
- Dodaje
- awansować
- Zalety
- Algorytmy
- Wszystkie kategorie
- również
- ilość
- an
- analiza
- i
- Inne
- każdy
- pojawia się
- odpowiedni
- aplikacje
- podejście
- architektura
- SĄ
- Armia
- AS
- Współpracownik
- At
- autor
- z dala
- tło
- BE
- bo
- być
- zanim
- uwierzyć
- Ulepsz Swój
- pomiędzy
- Poza
- miliardy
- podnieść
- budować
- Budowanie
- Buduje
- ale
- by
- wezwanie
- CAN
- zdolność
- Spowodować
- Centrum
- ceo
- pewien
- zmiana
- Chaos
- żeton
- Zamknij
- Kody
- współpraca
- handlowy
- komercyjnie
- wspólny
- powszechnie
- społeczność
- sukcesy firma
- obliczenia
- komputer
- Computer Science
- komputery
- computing
- pojęcie
- Skontaktuj się
- połączony
- skonstruować
- wkład
- mógłby
- Para
- dekada
- Obrona
- wykazać
- wykazać
- zależy
- Wnętrze
- Wykrywanie
- rozwinięty
- kierunek
- bezpośrednio
- Dyrektor
- do
- podczas
- starania
- bądź
- Elektronika
- element
- umożliwiać
- włączony
- Umożliwia
- zakończenia
- Inżynieria
- dość
- Cały
- błąd
- Błędy
- niezbędny
- Parzyste
- prace
- przekracza
- eksperyment
- ekspertyza
- Objaśnia
- wykładniczo
- niezwykle
- Czynniki
- FAIL
- daleko
- szybciej
- wierność
- pole
- i terminów, a
- pierwszy raz
- W razie zamówieenia projektu
- Naprzód
- znaleziono
- Fundacja
- Założony
- pełny
- finansowane
- Ponadto
- Bramy
- dobry
- absolwent
- wspaniały
- większy
- Zarządzanie
- Have
- mający
- he
- henry
- tutaj
- wysoka wydajność
- wysokiej jakości
- wyższy
- Najwyższa
- podświetlanie
- wysoko
- jego
- W jaki sposób
- Jednak
- HTTPS
- IBM
- if
- natychmiast
- wdrożenia
- realizowane
- ważny
- podnieść
- in
- Zwiększać
- Indywidualnie
- osób
- przemysłowy
- Informacja
- wzajemne oddziaływanie
- Interakcje
- najnowszych
- przedstawiać
- IT
- JEGO
- przystąpić
- znany
- Korea
- Kyle
- laboratorium
- na dużą skalę
- Nazwisko
- prowadzić
- lider
- Wyprowadzenia
- poziom
- długość życia
- lubić
- Lincoln
- Zyje
- logiczny
- długo
- dłużej
- stracił
- Partia
- niski
- robić
- sposób
- wiele
- dojrzały
- max
- Maksymalna szerokość
- zmierzyć
- środków
- metody
- Środkowy
- minimalizuje
- MIT
- jeszcze
- dużo
- musi
- narodowy
- potrzebne
- Nowości
- aktualności
- Następny
- Hałas
- powieść
- już dziś
- numer
- z naszej
- występujący
- of
- poza
- Biurowe
- on
- ONE
- działanie
- operacje
- or
- pochodzi
- Inne
- Pozostałe
- ludzkiej,
- na zewnątrz
- lepsze wyniki
- ogólny
- Papier
- część
- ścieżka
- procent
- wykonać
- jest gwarancją najlepszej jakości, które mogą dostarczyć Ci Twoje monitory,
- wykonywane
- PhD
- Fizyka
- krok po kroku
- plato
- Analiza danych Platona
- PlatoDane
- możliwy
- praktyka
- głównie
- prawdopodobnie
- Problem
- wygląda tak
- Profesor
- Program
- Postęp
- obietnica
- obiecujący
- promować
- pod warunkiem,
- Popychanie
- Kwant
- Komputer kwantowy
- komputery kwantowe
- informatyka kwantowa
- kwantowa korekcja błędów
- systemy kwantowe
- Kubit
- kubity
- szybko
- ceny
- zrealizować
- niedawno
- zmniejsza
- stosunkowo
- raport
- Raporty
- Badania naukowe
- Badacze
- sprężystość
- Efekt
- przeglądu
- prawo
- krzepki
- Pokój
- run
- s
- taki sam
- mówią
- waga
- skalowaniem
- nauka
- Naukowiec
- Poszukuje
- pozornie
- senior
- Serie
- kilka
- powinien
- pokazał
- pokazane
- Targi
- pojedynczy
- mały
- coś
- specjalny
- swoiście
- Personel
- rozpocznie
- startup
- Stan
- Zjednoczone
- Ewolucja krok po kroku
- Nadal
- Historia
- silniejszy
- strongly
- student
- Studenci
- badania naukowe
- taki
- nadprzewodzące
- wsparcie
- przewyższać
- system
- systemy
- Brać
- Zadanie
- zespół
- Technologies
- dąży
- REGULAMIN
- niż
- że
- Połączenia
- Informacje
- Państwo
- ich
- Im
- sami
- Tam.
- Te
- one
- myśleć
- to
- myśl
- próg
- Przez
- Związany
- czas
- czasy
- do
- już dziś
- dzisiaj
- razem
- tradycyjny
- stara
- drugiej
- rodzaj
- zazwyczaj
- nas
- niepożądany
- posługiwać się
- używany
- za pomocą
- wykorzystany
- wersja
- Wersje
- wykonalne
- królikarnia
- była
- Droga..
- we
- DOBRZE
- były
- Co
- jeśli chodzi o komunikację i motywację
- który
- Podczas
- KIM
- William
- w
- Praca
- pracujący
- wartość
- by
- napisał
- lat
- jeszcze
- You
- zefirnet