25 septembrie 2023 — Cercetătorii MIT raportează că au demonstrat o nouă arhitectură de qubit supraconductor care poate efectua operațiuni între qubiți cu o precizie mai mare, adresând un obstacol în calea utilizării comerciale a calculatoarelor cuantice: corectarea erorilor.
Cercetătorii au folosit un tip relativ nou de qubit supraconductor, cunoscut sub numele de fluxonium, care poate avea o durată de viață mai lungă decât qubitii supraconductori utilizați mai frecvent. Pentru a realiza promisiunea sau calculul cuantic, versiunile cuantice ale codurilor de corectare a erorilor trebuie să fie capabile să țină seama de erorile de calcul mai repede decât apar. Cu toate acestea, calculatoarele cuantice de astăzi nu sunt încă suficient de robuste pentru a realiza o astfel de corectare a erorilor la scari relevante din punct de vedere comercial.
Arhitectura folosită de cercetătorii MIT implică un element special de cuplare între doi qubiți de fluxonium care le permite să efectueze operațiuni logice, cunoscute sub numele de porți, într-un mod foarte precis. Suprimă un tip de interacțiune de fundal nedorită care poate introduce erori în operațiunile cuantice.
Această abordare a permis porți de doi qubit care au depășit o precizie de 99.9% și porți de un singur qubit cu o precizie de 99.99%. În plus, cercetătorii au implementat această arhitectură pe un cip folosind un proces de fabricație extensibil.
„Construirea unui computer cuantic la scară largă începe cu qubiți și porți robuste. Am prezentat un sistem foarte promițător de doi qubiți și am prezentat numeroasele sale avantaje pentru scalare. Următorul nostru pas este să creștem numărul de qubiți”, spune Leon Ding PhD '23, care a fost student absolvent la fizică în grupul Engineering Quantum Systems (EQuS) și este autorul principal al unei lucrări despre această arhitectură.
Ding a scris lucrarea cu Max Hays, un postdoc EQuS; Doctorat Youngkyu Sung '22; Bharath Kannan PhD '22, care este acum CEO al Atlantic Quantum; Kyle Serniak, om de știință și șef de echipă la MIT Lincoln Laboratory; și autorul principal William D. Oliver, profesorul Henry Ellis Warren de inginerie electrică și informatică și de fizică, director al Centrului de Inginerie Cuantică, lider al EQuS și director asociat al Laboratorului de Cercetare în Electronică; precum și alții de la MIT și MIT Lincoln Laboratory. Cercetarea apare astăzi în Revizuirea fizică X.
Noua interpretare a Fluxonium Qubit
Într-un computer clasic, porțile sunt operații logice efectuate pe biți (o serie de 1 și 0) care permit calculul. Gates in cuantic calcul poate fi gândită în același mod - o singură poartă de qubit este o operație logică pe un qubit, în timp ce o poartă de doi qubiți este o operație care depinde de stările a doi qubiți conectați.
Fidelitatea măsoară acuratețea operațiilor cuantice efectuate pe aceste porți. Porțile cu cele mai mari fidelități posibile sunt esențiale deoarece erorile cuantice se acumulează exponențial. Cu miliarde de operațiuni cuantice care au loc într-un sistem la scară largă, o cantitate aparent mică de eroare poate duce rapid la defectarea întregului sistem.
În practică, s-ar folosi coduri de corectare a erorilor pentru a obține rate de eroare atât de scăzute. Cu toate acestea, există un „prag de fidelitate” pe care operațiunile trebuie să-l depășească pentru a implementa aceste coduri. În plus, împingerea fidelităților cu mult peste acest prag reduce supraîncărcarea necesară implementării codurilor de corectare a erorilor.
De mai bine de un deceniu, cercetătorii au folosit în primul rând qubiții transmoni în eforturile lor de a construi calculatoare cuantice. Un alt tip de qubit supraconductor, cunoscut sub numele de qubit de fluxonium, a apărut mai recent. S-a demonstrat că qubiții de Fluxonium au durate de viață mai lungi, sau timpi de coerență, decât qubiții transmoni.
Timpul de coerență este o măsură a cât timp un qubit poate efectua operații sau rula algoritmi înainte ca toate informațiile din qubit să fie pierdute.
„Cu cât un qubit trăiește mai mult, cu atât mai mare fidelitate sunt operațiunile pe care tinde să le promoveze. Aceste două numere sunt legate între ele. Dar nu a fost clar, chiar și atunci când qubiții de fluxoniu în sine funcționează destul de bine, dacă puteți efectua porți bune pe ei", spune Ding.
Pentru prima dată, Ding și colaboratorii săi au găsit o modalitate de a folosi acești qubiți cu viață mai lungă într-o arhitectură care poate suporta porți extrem de robuste, de înaltă fidelitate. În arhitectura lor, qubiții de fluxonium au fost capabili să atingă timpi de coerență de mai mult de o milisecundă, de aproximativ 10 ori mai mari decât qubiții transmoni tradiționali.
„În ultimii câțiva ani, au existat mai multe demonstrații ale fluxoniumului care depășesc transmonii la nivelul unui singur qubit”, spune Hays. „Munca noastră arată că această creștere a performanței poate fi extinsă și la interacțiunile dintre qubiți.”
Qubiții de fluxoniu au fost dezvoltați în strânsă colaborare cu MIT Lincoln Laboratory, (MIT-LL), care are experiență în proiectarea și fabricarea tehnologiilor extensibile de qubit supraconductor.
„Acest experiment a fost un exemplu pentru ceea ce numim „modelul unei echipe”: colaborarea strânsă dintre grupul EQuS și echipa de qubit supraconductor de la MIT-LL”, spune Serniak. „Meretă să subliniem aici, în special, contribuția echipei de fabricație de la MIT-LL – au dezvoltat capacitatea de a construi rețele dense de peste 100 de joncțiuni Josephson special pentru fluxonii și alte circuite qubit noi.”
O conexiune mai puternică
Arhitectura lor inedită implică un circuit care are doi qubiți de fluxonium la ambele capete, cu un cuplaj transmon reglabil în mijloc pentru a le uni. Această arhitectură fluxonium-transmon-fluxonium (FTF) permite o cuplare mai puternică decât metodele care conectează direct doi qubiți de fluxonium.
De asemenea, FTF minimizează interacțiunile nedorite care apar în fundal în timpul operațiunilor cuantice. De obicei, cuplările mai puternice între qubiți pot duce la mai mult acest zgomot de fond persistent, cunoscut sub numele de interacțiuni statice ZZ. Dar arhitectura FTF remediază această problemă.
Capacitatea de a suprima aceste interacțiuni nedorite și timpii de coerență mai lungi ai qubiților de fluxoniu sunt doi factori care au permis cercetătorilor să demonstreze o fidelitate a porții unui singur qubit de 99.99 la sută și o fidelitate a porții de doi qubit de 99.9 la sută.
Aceste fidelități de poartă sunt mult peste pragul necesar pentru anumite coduri comune de corectare a erorilor și ar trebui să permită detectarea erorilor în sistemele la scară mai mare.
„Corectarea erorilor cuantice crește rezistența sistemului prin redundanță. Adăugând mai mulți qubiți, putem îmbunătăți performanța generală a sistemului, cu condiția ca qubiții să fie individual „suficient de bun”. Gândiți-vă să încercați să îndepliniți o sarcină cu o cameră plină de grădinițe. Este mult haos, iar adăugarea mai multor copii de grădiniță nu va face totul mai bine”, explică Oliver. „Cu toate acestea, mai mulți studenți absolvenți maturi care lucrează împreună duce la o performanță care depășește oricare dintre indivizi - acesta este conceptul de prag. Deși sunt încă multe de făcut pentru a construi un computer cuantic extensibil, acesta începe cu operațiuni cuantice de înaltă calitate, care sunt mult peste prag.”
Pornind de la aceste rezultate, Ding, Sung, Kannan, Oliver și alții au fondat recent o întreprindere de calcul cuantic, Atlantic Quantum. Compania încearcă să folosească qubiții de fluxoniu pentru a construi un computer cuantic viabil pentru aplicații comerciale și industriale.
„Aceste rezultate sunt aplicabile imediat și ar putea schimba starea întregului câmp. Acest lucru arată comunității că există o cale alternativă înainte. Credem cu tărie că această arhitectură, sau ceva de genul acesta folosind qubiți de fluxonium, arată o mare promisiune în ceea ce privește construirea unui computer cuantic util, tolerant la erori”, spune Kannan.
Deși un astfel de computer mai este probabil la 10 ani distanță, această cercetare este un pas important în direcția corectă, adaugă el. În continuare, cercetătorii intenționează să demonstreze avantajele arhitecturii FTF în sistemele cu mai mult de doi qubiți conectați.
Această lucrare a fost finanțată, parțial, de Oficiul de Cercetare al Armatei SUA, Subsecretarul pentru Apărare pentru Cercetare și Inginerie, o bursă de doctorat IBM, Fundația Coreea pentru Studii Avansate și Programul de burse pentru absolvenți de știință și inginerie a apărării naționale.
Sursa: Aceasta este o versiune revizuită a unei povești de Adam Zewe, MIT News
- 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. carbon, CleanTech, Energie, Mediu inconjurator, Solar, Managementul deșeurilor. Accesați Aici.
- PlatoHealth. Biotehnologie și Inteligență pentru studii clinice. Accesați Aici.
- Sursa: https://insidehpc.com/2023/09/mit-qubit-architecture-achieves-progress-on-quantum-error-correction/
- :are
- :este
- :nu
- 10
- 100
- 13
- 2023
- 25
- 9
- a
- capacitate
- Capabil
- Despre Noi
- mai sus
- Cont
- Acumula
- precizie
- precis
- Obține
- Realizeaza
- de fapt
- Adam
- adăugare
- plus
- adresare
- Adaugă
- avansa
- Avantajele
- algoritmi
- TOATE
- de asemenea
- sumă
- an
- analiză
- și
- O alta
- Orice
- apare
- aplicabil
- aplicatii
- abordare
- arhitectură
- SUNT
- Armată
- AS
- Avocat Colaborator
- At
- autor
- departe
- fundal
- BE
- deoarece
- fost
- înainte
- Crede
- Mai bine
- între
- Dincolo de
- miliarde
- a stimula
- construi
- Clădire
- construiește
- dar
- by
- apel
- CAN
- capacitate
- Provoca
- Centru
- CEO
- sigur
- Schimbare
- Haos
- cip
- Închide
- Coduri
- colaborare
- comercial
- comercial
- Comun
- în mod obișnuit
- comunitate
- companie
- calcul
- calculator
- Informatică
- Calculatoare
- tehnica de calcul
- concept
- Conectați
- legat
- construi
- contribuţie
- ar putea
- Cuplu
- deceniu
- Apărare
- demonstra
- demonstrat
- depinde de
- Amenajări
- Detectare
- dezvoltat
- direcţie
- direct
- Director
- do
- în timpul
- Eforturile
- oricare
- Componente electronice
- element
- permite
- activat
- permite
- capăt
- Inginerie
- suficient de
- Întreg
- eroare
- Erori
- esenţial
- Chiar
- depășit
- depășește
- experiment
- expertiză
- explică
- exponențial
- extrem
- factori
- FAIL
- departe
- mai repede
- fidelitate
- camp
- First
- prima dată
- Pentru
- Înainte
- găsit
- Fundație
- Fondat
- Complet
- finanțate
- În plus
- porti
- bine
- absolvent
- mare
- mai mare
- grup
- Avea
- având în
- he
- henry
- aici
- performanta ridicata
- de înaltă calitate
- superior
- cea mai mare
- subliniind
- extrem de
- lui
- Cum
- Totuși
- HTTPS
- IBM
- if
- imediat
- punerea în aplicare a
- implementat
- important
- îmbunătăţi
- in
- Crește
- Individual
- persoane fizice
- industrial
- informații
- interacţiune
- interacţiuni
- în
- introduce
- IT
- ESTE
- alătura
- cunoscut
- Coreea
- Kyle
- laborator
- pe scară largă
- Nume
- conduce
- lider
- Conduce
- Nivel
- durata de viata
- ca
- Lincoln
- Locuiește
- logic
- Lung
- mai lung
- pierdut
- Lot
- Jos
- face
- manieră
- multe
- matur
- max
- max-width
- măsura
- măsuri
- Metode
- De mijloc
- minimizează
- MIT
- mai mult
- mult
- trebuie sa
- național
- necesar
- Nou
- ştiri
- următor
- Zgomot
- roman
- acum
- număr
- numere
- care apar
- of
- de pe
- Birou
- on
- ONE
- operaţie
- Operațiuni
- or
- originea
- Altele
- Altele
- al nostru
- afară
- surclasa
- global
- Hârtie
- parte
- cale
- la sută
- Efectua
- performanță
- efectuată
- PhD
- Fizică
- plan
- Plato
- Informații despre date Platon
- PlatoData
- posibil
- practică
- în primul rând
- probabil
- Problemă
- proces
- Profesor
- Program
- Progres
- promisiune
- promițător
- promova
- prevăzut
- împingerea
- Cuantic
- Computer cuantic
- calculatoare cuantice
- cuantic calcul
- corectarea cuantică a erorilor
- sisteme cuantice
- qubit
- qubiti
- repede
- tarife
- realiza
- recent
- reduce
- relativ
- raportează
- Rapoarte
- cercetare
- cercetători
- elasticitate
- REZULTATE
- revizuiască
- dreapta
- robust
- Cameră
- Alerga
- s
- acelaşi
- spune
- cântare
- scalare
- Ştiinţă
- Om de stiinta
- urmăreşte
- aparent
- senior
- serie
- câteva
- să
- a arătat
- indicat
- Emisiuni
- singur
- mic
- ceva
- special
- specific
- Personal
- începe
- lansare
- Stat
- Statele
- Pas
- Încă
- Poveste
- puternic
- tare
- student
- Elevi
- studiu
- astfel de
- supraconductoare
- a sustine
- depăși
- sistem
- sisteme
- Lua
- Sarcină
- echipă
- Tehnologii
- tinde
- termeni
- decât
- acea
- informațiile
- Statul
- lor
- Lor
- se
- Acolo.
- Acestea
- ei
- crede
- acest
- gândit
- prag
- Prin
- legat
- timp
- ori
- la
- astăzi
- azi
- împreună
- tradiţional
- încercat
- Două
- tip
- tipic
- ne
- nedorit
- utilizare
- utilizat
- folosind
- utilizate
- versiune
- Versiunile
- viabil
- crescătorie de iepuri de casă
- a fost
- Cale..
- we
- BINE
- au fost
- Ce
- cand
- care
- în timp ce
- OMS
- william
- cu
- Apartamente
- de lucru
- valoare
- ar
- scris
- ani
- încă
- Tu
- zephyrnet