By Kenna postat la 12 septembrie 2022
Una dintre cele mai mari provocări în dezvoltarea unui computer cuantic este eroarea corectien. Erorile în calculul cuantic sunt destul de frecvente, în principal din cauza zgomotului ambiental și a fragilității generale a sistemului. Aceste erori pot cauza măsurători inexacte și pot altera rezultatele programării cuantice. Multe companii, cum ar fi IBM și Google, lucrează la modalități de a corecta aceste erori sau de a recalibra calculatoarele cuantice pentru a fi mai rezistente la erori. Într-o nouă lucrare de la Natura Comunicaţii, o echipă de la Universitatea Princeton oferă o metodă alternativă la corectarea erorilor, analizând un sistem cunoscut sub numele de „eroare de ștergere”.
Ce este corectarea erorilor cuantice (QEC)?
Pentru că qubiții, unitățile de bază ale unui computer cuantic, sunt destul de buni fragil, sunt susceptibile la erori. „Problema centrală acum în calculul cuantic este obținerea suficienților qubiți de înaltă fidelitate pentru a implementa corecția erorilor cuantice”, a explicat. Jeffrey Thompson, profesor asociat la Universitatea Princeton și cercetătorul principal al studiului într-un interviu cu În interiorul tehnologiei cuantice. Pentru majoritatea tipurilor de corectare a erorilor cuantice (QEC), se folosește un algoritm pentru a identifica și corecta erorile din computerul cuantic. Deși acești algoritmi se bazează pe abordări matematice, ei sunt departe de a fi perfecti. După cum a explicat Thompson: „În standard corectarea erorilor cuantice, trebuie să determinați atât locațiile, cât și tipurile de erori care au apărut pe qubiții dvs., dintr-un set limitat de observații, cunoscut sub numele de măsurători ale sindromului.” Deși aceste măsurători ale sindromului sunt utile în identificarea erorilor, ele nu duc întotdeauna la corectarea cu succes a erorilor. „Corectarea erorilor eșuează atunci când nu aveți suficiente informații pentru a face aceste determinări fără ambiguitate, ceea ce are loc atunci când există prea multe erori”, a adăugat Thompson.
Găsirea erorii de ștergere
În loc să remedieze această problemă prin reducerea numărului total de erori, Thompson și echipa sa au lucrat pentru a face erorile mai ușor de identificat. Ei au descoperit acest lucru aproape întâmplător în timp ce studiau structura qubitului de itterbiu. Cei doi electroni din învelișul exterior al itterbiului păreau a fi cheie în a ajuta la corectarea erorilor. Scufundându-se în cauzele fizice ale erorii, cercetătorii au reușit să dezvolte un sistem în care sursa erorii șterge sau elimină datele inexacte. Sistemul de ștergere a funcționat legând erorile cuantice de schimbarea energiei în electronii exteriori. Thompson numește acest sistem particular o „eroare de ștergere” și poate ajuta să arate unde datele sunt inexacte. „O eroare de „ștergere” este un tip special de vreodată care își dezvăluie propria locație, astfel încât să puteți folosi mai multe informații despre sindrom pentru a afla tipul de eroare”, a spus Thompson. „Acest lucru vă permite să gestionați mai multe erori și, prin urmare, să creșteți performanța corectării erorilor.” Erorile de ștergere sunt destul de comune în calculul clasic, dar sunt luate în considerare abia acum în calculul cuantic.
Folosind erori de ștergere, cercetătorii au descoperit că noua lor tehnică ar putea rezista la a 4.1% rata de eroare, care este fezabilă pentru calculatoarele cuantice actuale. Sistemele anterioare puteau rezista doar la o rată de eroare de 1% înainte de a fi copleșite de un procent mai mare de eroare. Thompson crede că acest procent mai mare poate face un computer cuantic mai mare cu mai mulți qubiți o realitate probabilă. „Dacă aveți qubiți care sunt părtinși către erori de ștergere, nu aveți nevoie de atât de mulți și pot funcționa mai rău”, a adăugat Thompson. „Pentru anumite game de parametri, qubiții părtiniți la ștergere ar putea necesita de 10 ori chiar de 100 de ori mai puțini qubiți pentru a atinge un anumit nivel de performanțe QEC în comparație cu qubiții convenționali.” Pentru multe companii care doresc să-și extindă computerele cuantice, un sistem de eroare de ștergere poate fi cheia pentru atingerea acestor obiective. „Poate fi posibilă reproiectarea subtilă a qubiților existenți pentru a realiza acest lucru”, a spus Thompson. „Există mult interes pentru această idee.”
Kenna Hughes-Castleberry este scriitoare la Inside Quantum Technology și Science Communicator la JILA (un parteneriat între Universitatea din Colorado Boulder și NIST). Bataile ei de scris includ tehnologia profundă, metaversul și tehnologia cuantică. Puteți găsi mai multe din lucrările ei pe site-ul ei: https://kennacastleberry.com/
