Introducere
În lumea corecției erorilor cuantice, un nenorocit vine pentru rege.
Săptămâna trecută, noi simulări de la două grupuri au raportat că o clasă în creștere de coduri de corectare a erorilor cuantice este mai eficientă la un ordin de mărime decât standardul de aur actual, cunoscut sub numele de cod de suprafață. Toate codurile funcționează prin transformarea unei hoarde de qubiți predispuși la erori într-o bandă mult mai mică de qubiți „protejați”, care rareori fac greșeli. Dar, în cele două simulări, codurile de verificare a parității de joasă densitate - sau LDPC - ar putea face qubiți protejați din 10 până la 15 ori mai puțini qubiți bruti decât codul de suprafață. Niciun grup nu a implementat aceste salturi simulate în hardware-ul real, dar planurile experimentale sugerează că aceste coduri, sau coduri asemănătoare lor, ar putea grăbi sosirea unor dispozitive cuantice mai capabile.
„Se pare într-adevăr că se va concretiza”, a spus Daniel Gottesman de la Universitatea din Maryland, care studiază codurile LDPC, dar nu a fost implicat în studiile recente. „Aceste [coduri] ar putea fi lucruri practice care ne pot îmbunătăți considerabil capacitatea de a face computere cuantice.”
Calculatoarele clasice rulează pe biți care rareori se aprind greșit. Dar obiectele asemănătoare particulelor - qubiții - care alimentează computerele cuantice își pierd mojo-ul cuantic atunci când aproape orice le împinge din starea lor delicată. Pentru a convinge viitorii qubiți în utilitate, cercetătorii intenționează să-l folosească corectarea cuantică a erorilor, practica de utilizare a qubiților suplimentari pentru a codifica informațiile în mod redundant. Este similar în spirit cu protejarea unui mesaj de static, rostind fiecare cuvânt de două ori, răspândind informațiile între mai multe caractere.
Regele Canonic
În 1998, Alexei Kitaev de la Institutul de Tehnologie din California și Serghei Bravyi, apoi de la Institutul Landau pentru Fizică Teoretică din Rusia, au introdus codul de suprafață de corectare a erorilor cuantice. Organizează qubiții într-o grilă pătrată și execută ceva ca un joc de Minesweeper: fiecare qubit se conectează la patru vecini, așa că verificarea qubiților de ajutor desemnați vă permite să căutați discret patru qubiți care transportă date. În funcție de cecul returnează 0 sau 1, puteți deduce dacă unii dintre vecini au greșit. Verificând în jurul tablei, puteți deduce unde sunt erorile și le puteți remedia.
Introducere
Prin aceste verificări – și ajustări mai subtile ale qubit-urilor incerti – puteți, de asemenea, să ascundeți un qubit de încredere în qubiții care transportă date ai blocului pătrat, nu tocmai aici sau acolo, dar cam peste tot. Atâta timp cât qubit-urile incerte mențin operațiunile Minesweeper-ul zumzăind lin, qubit-ul ascuns rămâne în siguranță și poate fi manipulat pentru a efectua operațiuni. În acest fel, codul de suprafață îmbină în mod elegant mulți qubiți nepotriviți într-un singur qubit care greșește rar.
„Lucrul ușor enervant pentru mine este că codul de suprafață este cel mai simplu lucru la care te poți gândi”, a spus Nikolas Breuckmann, un fizician devenit matematician la Universitatea din Bristol, care a petrecut ani de zile încercând să îmbunătățească schema. „Și funcționează remarcabil de bine.”
Codul a devenit standardul de aur pentru corectarea erorilor; a fost foarte tolerant la comportamentul greșit al qubiților, iar grila a fost ușor de vizualizat. Drept urmare, codul de suprafață a influențat proiectarea procesoarelor cuantice și a hărților de parcurs cuantice.
„A fost lucrul de făcut”, a spus Barbara Terhal, un teoretician al informației cuantice la institutul de cercetare QuTech din Țările de Jos. „Acesta este cipul pe care trebuie să-l faci.”
Dezavantajul codului de suprafață, care nu a fost încă pe deplin demonstrat în practică, este un apetit nesățios pentru qubiți. Sunt necesare blocuri mai mari de qubiți inadecvați pentru a proteja mai puternic qubitul de încredere. Și pentru a face mai mulți qubiți protejați, trebuie să îmbinați mai multe blocuri. Pentru cercetătorii care visează să ruleze algoritmi cuantici pe mulți qubiți protejați, acestea sunt sarcini oneroase.
În 2013, Gottesman a văzut o posibilă cale de ieșire din această mizerie.
Cercetătorii, inclusiv Terhal și Bravyi au avut au găsit dovezi sugerând că, pentru un cod plat care a conectat doar vecinii la vecini, codul de suprafață a funcționat așa cum ați putea spera. Dar ce se întâmplă dacă ai permite fiecărei verificări să conecteze qubiți îndepărtați? Teoreticienii informațiilor cuantice au început deja să exploreze coduri care prezentau astfel de conexiuni „nelocale”, care sunt numite întâmplător coduri LDPC. (În mod confuz, codul de suprafață este și din punct de vedere tehnic un cod LDPC, dar în practică termenul se referă adesea la membrii clanului mai exotici cu verificări non-locale.)
Gottesman a arătat apoi că anumite coduri LDPC ar putea fi mult mai puțin ravenoase: ar putea înghesui mai mulți qubiți protejați într-un singur bloc, ceea ce ar ajuta la evitarea cerințelor de qubit de suprafață ale codului de suprafață pentru algoritmi mai mari.
Dar opera lui Gottesman a fost extrem de idealizată și considerată în esență roiuri infinite de qubiți. Provocarea practică a fost să vedem dacă cercetătorii ar putea reduce codurile LDPC pentru a funcționa în dispozitive cuantice reale, păstrând în același timp forța lor.
Demonstrarea protecției virtuale
În ultimii doi ani, Breuckmann și alți cercetători au început să analizeze performanța codurilor LDPC care pot rula pe sisteme din ce în ce mai mici. Speranța era că unele s-ar putea încadra în dispozitivele de astăzi, care pot furniza probabil 100 de qubiți bruti.
Săptămâna trecută, o echipă de cercetători de la IBM condusă de Bravyi a dezvăluit o simulare a celui mai mic și mai concret model LDPC de până acum, bazat pe un cod LDPC de la un hârtie puțin cunoscută publicat în 2012. A început cu verificarea codului de suprafață a patru qubiți vecini și a adăugat doi qubiți „nonlocali” aleși cu grijă.
Au simulat diferitele erori care ar putea apărea dacă codul ar fi rulat pe un circuit real, un proces care este ca și cum ați înfige un avion de luptă digital într-un tunel de vânt digital și ați vedea cum zboară. Și au descoperit că codul lor și-ar putea proteja qubiții de încredere mult mai eficient decât codul de suprafață. Într-o rulare de testare, codul a luat 288 de qubiți bruti care au eșuat 0.1% din timp și i-a folosit pentru a crea 12 qubiți protejați cu o rată de eșec de 10,000 de ori mai mică. Pentru aceeași sarcină, a estimat echipa, codul de suprafață ar fi necesitat mai mult de 4,000 de qubiți de intrare.
„Am fost foarte surprinși de asta”, a spus Andrew Cross, cercetător al echipei IBM.
Simularea tachinează posibilitatea de a obține corectarea erorilor de mâine astăzi, deoarece, deși nimeni nu are acces la 4,000 de qubiți, dispozitivele cu sute de qubiți sunt chiar după colț.
„Puteți vedea o cantitate destul de substanțială de toleranță la erori cu dispozitivele care au un număr de qubiți pe care îi avem astăzi”, a spus Gottesman.
La o zi după ce a apărut preprintul IBM, o colaborare multi-instituțională de cercetători condusă de Mikhail Lukin de la Universitatea Harvard și Liang Jiang de la Universitatea din Chicago a postat rezultate similare. (Cercetătorii au refuzat să discute despre munca lor, care a fost înaintată unui jurnal evaluat de colegi.) Au scos praful altor două LDPC Coduri, le-a modificat pentru simulare și a constatat că și ei au nevoie de aproximativ o zecime din numărul de qubiți de intrare pentru a face zeci până la sute de qubiți buni, în comparație cu codul de suprafață.
Dar construirea unui F-35 este mai dificilă decât simularea unui F-35, iar construirea unui dispozitiv LDPC gata de cod va fi, de asemenea, extrem de dificilă. „Două lucruri principale ar putea împiedica aceste lucruri să preia efectiv controlul”, a spus Gottesman.
În primul rând, crearea de conexiuni non-locale între qubiți este dificilă, în special pentru companii precum IBM care fac qubiți din circuite supraconductoare imobile. Conectarea acelor circuite cu vecinii lor este naturală, dar crearea de legături între qubiți îndepărtați nu este.
Introducere
În al doilea rând, codurile LDPC excelează atunci când qubiții lor protejați sunt folosiți pentru memorie, așa cum au fost în simularea IBM. Dar când vine vorba de utilizarea acelor qubiți nebuloși, suprapusi pentru calcule, structura codului încâlcit, nelocal, face mult mai dificilă selectarea și direcționarea qubiților doriti.
„Știm că este posibil, în principiu, să facem aceste calcule”, a spus Gottesman, care a schițat o schemă pentru a face acest lucru în lucrarea sa din 2013. „Dar nu știm dacă este posibil să o facem într-un mod cu adevărat practic.”
Lukin și colegii au făcut pași modesti pentru a aborda aceste puncte slabe primare. În primul rând, echipa a simulat calculul de la capăt la capăt prin îmbinarea unei memorie cuantică protejată de LDPC cu un procesor cuantic protejat de cod de suprafață. În această schemă, economiile de qubit au supraviețuit în mare măsură sarcinii de calcul, dar cu costul calculului care durează mai mult.
În plus, echipa lui Lukin și-a adaptat simulările la un tip de qubiți liber-roaming care sunt potrivite pentru aranjarea conexiunilor pe distanță lungă. Spre deosebire de circuitele supraconductoare staționare, qubiții lor sunt atomi ținuți de fascicule laser. Prin mișcarea laserelor, acestea pot aduce qubiți îndepărtați în contact. „Acest lucru este minunat pentru codurile LDPC”, a spus Breuckmann.
Când – sau chiar dacă – codurile LDPC vor deveni practice rămâne incert. Demonstrațiile a zeci de qubiți de memorie fiabili sunt probabil la cel puțin câțiva ani distanță chiar și în cele mai bune prognoze, iar calculele rămân mai îndepărtate. Dar simulările recente fac ca codul de suprafață să pară din ce în ce mai mult o piatră de temelie pe calea către calculul cuantic, mai degrabă decât destinația.
„Există un motiv pentru care codul de suprafață există de 20 de ani”, a spus Breuckmann. „Este greu de învins, dar acum avem dovezi că îl putem învinge.”
- Distribuție de conținut bazat pe SEO și PR. Amplifică-te astăzi.
- PlatoData.Network Vertical Generative Ai. Împuterniciți-vă. Accesați Aici.
- PlatoAiStream. Web3 Intelligence. Cunoștințe amplificate. Accesați Aici.
- PlatoESG. Automobile/VE-uri, carbon, CleanTech, Energie, Mediu inconjurator, Solar, Managementul deșeurilor. Accesați Aici.
- PlatoHealth. Biotehnologie și Inteligență pentru studii clinice. Accesați Aici.
- ChartPrime. Crește-ți jocul de tranzacționare cu ChartPrime. Accesați Aici.
- BlockOffsets. Modernizarea proprietății de compensare a mediului. Accesați Aici.
- Sursa: https://www.quantamagazine.org/new-codes-could-make-quantum-computing-10-times-more-efficient-20230825/
- :are
- :este
- :nu
- :Unde
- ][p
- 000
- 1
- 10
- 100
- 12
- 15%
- 1998
- 20
- ani 20
- 2012
- 2013
- a
- capacitate
- Despre Noi
- AC
- acces
- curent
- de fapt
- adăugat
- adresare
- După
- algoritmi
- TOATE
- permis
- permite
- de-a lungul
- deja
- de asemenea
- printre
- sumă
- an
- și
- Andrew
- nimic
- a apărut
- apetit
- SUNT
- în jurul
- sosire
- AS
- At
- evita
- departe
- GRUP
- bazat
- BE
- a devenit
- deoarece
- deveni
- fost
- început
- între
- mai mare
- Bloca
- Blocuri
- bord
- aduce
- Bristol
- Clădire
- povară
- dar
- by
- calcule
- California
- denumit
- CAN
- capabil
- cu grijă
- sigur
- contesta
- provocare
- caractere
- verifica
- control
- Verificări
- Chicago
- cip
- ales
- Clan
- clasă
- cod
- Coduri
- colaborare
- colegii
- vine
- venire
- Companii
- comparație
- calcul
- calcule
- Calculatoare
- tehnica de calcul
- legat
- Conectarea
- Conexiuni
- Connects
- luate în considerare
- contactați-ne
- Colț
- A costat
- ar putea
- crea
- Crearea
- Trece
- Curent
- zi
- demonstrat
- În funcție
- Amenajări
- desemnat
- dorit
- destinație
- dispozitiv
- Dispozitive
- FĂCUT
- digital
- discuta
- do
- face
- Dont
- jos
- dezavantaj
- zeci
- fiecare
- uşor
- eficient
- eficient
- un capăt la altul
- eroare
- Erori
- mai ales
- În esență,
- estimativ
- Chiar
- dovadă
- exact
- Excel
- Executa
- Exotic
- experimental
- explora
- suplimentar
- extrem
- A eșuat
- Eșec
- departe
- Dispunând
- puțini
- mai puține
- potrivi
- Repara
- plat
- Pentru
- prognoze
- găsit
- patru
- din
- rodire
- complet
- mai mult
- viitor
- joc
- obtinerea
- Aur
- Gold Standard
- bine
- foarte mult
- Grilă
- grup
- Grupului
- HAD
- Greu
- Mai tare
- Piese metalice
- harvard
- Universitatea Harvard
- Avea
- intitulat
- Held
- ajutor
- aici
- Ascuns
- Ascunde
- extrem de
- lui
- speranţă
- Cum
- HTTPS
- sute
- IBM
- if
- implementat
- îmbunătăţi
- in
- Inclusiv
- tot mai mult
- Infinit
- influențat
- informații
- intrare
- Institut
- în
- introdus
- implicat
- IT
- ESTE
- jurnal
- doar
- A pastra
- Rege
- Cunoaște
- cunoscut
- în mare măsură
- mai mare
- cu laser
- lasere
- Nume
- salturi
- cel mai puțin
- Led
- mai puțin
- ca
- Probabil
- LINK
- Link-uri
- Lung
- mai lung
- Se pare
- pierde
- LOWER
- făcut
- revistă
- Principal
- face
- FACE
- manipulat
- multe
- Harta
- Maryland
- me
- Membri actuali
- Memorie
- mesaj
- ar putea
- Rateu
- greşeli
- modest
- modificată
- mai mult
- mai eficient
- cele mai multe
- în mişcare
- mult
- multiplu
- Natural
- Nevoie
- necesar
- vecini
- Nici
- Olanda
- Nou
- Nu.
- acum
- număr
- obiecte
- of
- de pe
- de multe ori
- on
- ONE
- afară
- Operațiuni
- or
- comandă
- organizează
- Altele
- al nostru
- afară
- peste
- paritate
- cale
- peer-revizuite
- Efectua
- performanță
- efectuează
- poate
- Fizică
- plan
- Plato
- Informații despre date Platon
- PlatoData
- posibilitate
- posibil
- potenţial
- putere
- Practic
- practică
- păstrarea
- primar
- principiu
- proces
- procesor
- procesoare
- proteja
- protejat
- protectoare
- publicat
- Quantamagazina
- Cuantic
- algoritmi cuantici
- calculatoare cuantice
- cuantic calcul
- corectarea cuantică a erorilor
- informație cuantică
- qubit
- qubiti
- rareori
- rată
- mai degraba
- Crud
- real
- într-adevăr
- motiv
- recent
- se referă
- de încredere
- rămâne
- rămășițe
- Raportat
- necesar
- Cerinţe
- cercetare
- cercetător
- cercetători
- rezultat
- Returnează
- dreapta
- în creștere
- drum
- aproximativ
- Alerga
- funcţionare
- Rusia
- sigur
- Said
- acelaşi
- Economie
- văzut
- Scară
- schemă
- vedea
- vedere
- părea
- a arătat
- asemănător
- simulare
- singur
- mai mici
- lin
- Snoop
- So
- unele
- ceva
- vorbire
- uzat
- spirit
- răspândire
- pătrat
- standard
- început
- Stat
- paşi
- lipirea
- Stop
- tare
- structura
- studiu
- prezentat
- substanțial
- astfel de
- sugera
- supraconductoare
- Suprafață
- uimit
- supravieţuit
- sisteme
- adaptate
- luare
- Sarcină
- echipă
- tehnic
- Tehnologia
- zeci
- durată
- test
- decât
- acea
- informațiile
- Olanda
- lumea
- lor
- Lor
- apoi
- teoretic
- Acolo.
- Acestea
- ei
- lucru
- lucruri
- crede
- acest
- aceste
- de-a lungul
- timp
- ori
- la
- astăzi
- azi
- împreună
- toleranță
- de asemenea
- a luat
- greu
- spre
- transformare
- tunel
- transformat
- De două ori
- Două
- tip
- Nesigur
- universitate
- Universitatea din Chicago
- spre deosebire de
- dezvaluit
- utilizare
- utilizat
- folosind
- diverse
- foarte
- Virtual
- a fost
- Cale..
- we
- WebP
- săptămână
- BINE
- au fost
- Ce
- cand
- dacă
- care
- în timp ce
- OMS
- voi
- vânt
- cu
- Cuvânt
- Apartamente
- lume
- ar
- ani
- încă
- Tu
- zephyrnet