Введение
В мире квантовой коррекции ошибок за королем идет аутсайдер.
На прошлой неделе новые модели, проведенные двумя группами, показали, что растущий класс квантовых кодов с исправлением ошибок на порядок эффективнее нынешнего золотого стандарта, известного как поверхностный код. Все коды работают путем преобразования множества подверженных ошибкам кубитов в гораздо меньшую группу «защищенных» кубитов, которые редко допускают ошибки. Но в двух симуляциях коды проверки четности низкой плотности (или LDPC) могли создать защищенные кубиты из в 10–15 раз меньшего количества необработанных кубитов, чем поверхностный код. Ни одна из групп не реализовала эти смоделированные скачки в реальном оборудовании, но экспериментальные проекты предполагают, что эти коды или подобные им коды могут ускорить появление более эффективных квантовых устройств.
«Похоже, что это действительно осуществимо», — сказал Дэниел Готтесман из Университета Мэриленда, который изучает коды LDPC, но не участвовал в недавних исследованиях. «Эти [коды] могут быть практическими вещами, которые могут значительно улучшить наши возможности создания квантовых компьютеров».
Классические компьютеры работают на битах, которые редко дают сбои. Но подобные частицам объекты — кубиты — которые являются мощными квантовыми компьютерами, теряют свое квантовое моджо, когда что-нибудь выталкивает их из хрупкого состояния. Чтобы убедить будущие кубиты стать полезными, исследователи планируют использовать квантовая коррекция ошибок, практика использования дополнительных кубитов для избыточного кодирования информации. По духу это похоже на защиту сообщения от статики: каждое слово произносится дважды, распределяя информацию среди большего количества символов.
Канонический король
В 1998 году Алексей Китаев из Калифорнийского технологического института и Сергей Бравый, тогда работавший в Институте теоретической физики Ландау в России, представили квантовый поверхностный код, исправляющий ошибки. Он организует кубиты в квадратную сетку и выполняет что-то вроде игры в «Сапер»: каждый кубит соединяется с четырьмя соседями, поэтому проверка назначенных вспомогательных кубитов позволяет незаметно отслеживать четыре кубита, несущих данные. В зависимости от того, возвращает ли проверка 0 или 1, вы можете сделать вывод, допустили ли некоторые из соседей ошибку. Осматривая доску, вы можете определить, где находятся ошибки, и исправить их.
Введение
Посредством этих проверок — и более тонких настроек сомнительных кубитов — вы также можете скрыть надежный кубит среди кубитов, несущих данные квадратного блока, не совсем здесь или там, но где-то повсюду. Пока ненадежные кубиты обеспечивают бесперебойную работу «Сапера», скрытый кубит остается в безопасности, и им можно манипулировать для выполнения операций. Таким образом, поверхностный код элегантно объединяет множество некачественных кубитов в один кубит, который редко ошибается.
«Меня немного раздражает то, что поверхностный код — это самая простая вещь, которую вы можете придумать», — сказал Николас Брейкманн, физик, ставший математиком из Бристольского университета, который потратил годы, пытаясь улучшить эту схему. «И он работает на удивление хорошо».
Код стал золотым стандартом исправления ошибок; он был очень терпим к неправильному поведению кубитов, и сетку было легко визуализировать. В результате поверхностный код повлиял на конструкцию квантовых процессоров и квантовые дорожные карты.
«Это было то, что нужно было сделать», сказал Барбара Терхал, теоретик квантовой информации из исследовательского института QuTech в Нидерландах. «Это чип, который вам нужно сделать».
Обратной стороной поверхностного кода, который еще не был полностью продемонстрирован на практике, является ненасытный аппетит к кубитам. Для более надежной защиты надежного кубита необходимы более крупные блоки некачественных кубитов. А чтобы создать несколько защищенных кубитов, вам нужно соединить вместе несколько блоков. Для исследователей, мечтающих запустить квантовые алгоритмы на множестве защищенных кубитов, это непосильное бремя.
В 2013 году Готтесман увидел потенциальный выход из этой неразберихи.
Исследователи, в том числе Терхал и Бравий, имели найденные доказательства предполагая, что для плоского кода, который соединяет только соседей с соседями, поверхностный код сработал так, как можно было надеяться. Но что, если вы позволите каждой проверке связывать вместе разбросанные кубиты? Теоретики квантовой информации уже начали исследовать коды с такими «нелокальными» связями, которые случайно называют LDPC-кодами. (Как ни странно, поверхностный код технически также является кодом LDPC, но на практике этот термин часто относится к более экзотическим членам клана с нелокальными проверками.)
Затем Готтесман показал, что некоторые коды LDPC могут быть гораздо менее прожорливыми: они могут втиснуть несколько защищенных кубитов в один блок, что поможет избежать раздувания кубитов поверхностного кода для более крупных алгоритмов.
Но работа Готтесмана была сильно идеализирована и считала, по существу, бесконечным роем кубитов. Практическая задача заключалась в том, смогут ли исследователи уменьшить масштаб кодов LDPC для работы в реальных квантовых устройствах, сохранив при этом их привлекательность.
Демонстрация виртуальной защиты
За последние два года Бройкманн и другие исследователи начали тщательно изучать производительность кодов LDPC, которые могут работать на все меньших и меньших системах. Была надежда, что некоторые из них смогут вписаться в современные устройства, способные выдавать около 100 необработанных кубитов.
На прошлой неделе, группа исследователей из IBM под руководством Брави представила симуляцию самой маленькой и самой конкретной схемы LDPC, основанной на коде LDPC из малоизвестная статья опубликовано в 2012 году. Оно началось с проверки поверхностным кодом четырех соседних кубитов и добавления двух тщательно выбранных «нелокальных» кубитов.
Они смоделировали различные ошибки, которые могли возникнуть. если бы код запускался на реальной схеме, то это все равно, что засунуть цифровой истребитель в цифровую аэродинамическую трубу и посмотреть, как он летает. И они обнаружили, что их код может защитить надежные кубиты гораздо эффективнее, чем поверхностный код. За один тестовый запуск код взял 288 необработанных кубитов, которые выходили из строя в 0.1% случаев, и использовал их для создания 12 защищенных кубитов с частотой отказов в 10,000 4,000 раз ниже. По оценкам команды, для той же задачи поверхностному коду потребовалось бы более XNUMX входных кубитов.
«Мы были очень удивлены этим», — сказал Эндрю Кросс, исследователь из команды IBM.
Моделирование намекает на возможность исправления ошибок завтрашнего дня уже сегодня, поскольку, хотя ни у кого нет доступа к 4,000 кубитам, устройства с сотнями кубитов уже не за горами.
«Вы можете увидеть довольно значительную отказоустойчивость устройств, которые имеют такое же количество кубитов, как и мы сегодня», — сказал Готтесман.
На следующий день после появления препринта IBM межинституциональное сотрудничество исследователей во главе с Михаил Лукин Гарвардского университета и Лян Цзян Чикагского университета опубликовал похожие результаты. (Исследователи отказались обсуждать свою работу, которая была представлена в рецензируемый журнал.) Они смахнули пыль с двух других LDPC Коды, модифицировал их для моделирования и обнаружил, что им тоже требуется примерно одна десятая количества входных кубитов, чтобы создать от десятков до сотен хороших кубитов по сравнению с поверхностным кодом.
Но построить F-35 сложнее, чем смоделировать F-35, и создание устройства с готовым кодом LDPC также будет чрезвычайно сложной задачей. «Две основные вещи могут помешать этим вещам фактически взять верх», — сказал Готтесман.
Во-первых, создавать нелокальные связи между кубитами сложно, особенно для таких компаний, как IBM, которые создают кубиты из неподвижных сверхпроводящих схем. Соединение этих цепей с их соседями естественно, но создание связей между удаленными кубитами — нет.
Введение
Во-вторых, коды LDPC превосходны, когда их защищенные кубиты используются в качестве памяти, как это было в моделировании IBM. Но когда дело доходит до использования этих туманных, перекрывающихся кубитов для вычислений, запутанная нелокальная структура кода значительно усложняет выбор и управление нужными кубитами.
«Мы знаем, что такие вычисления в принципе возможны», — сказал Готтесман, который набросал схему для этого в своей работе 2013 года. «Но мы не знаем, возможно ли сделать это действительно практичным способом».
Лукин и его коллеги предприняли скромные шаги по устранению этих основных недостатков. Во-первых, команда смоделировала сквозные вычисления, объединив квантовую память, защищенную LDPC, с квантовым процессором, защищенным поверхностным кодом. В этой схеме экономия кубитов в значительной степени позволила избежать бремени вычислений, но за счет увеличения времени выполнения вычислений.
Более того, команда Лукина адаптировала свои симуляции к типу свободно перемещающиеся кубиты которые естественным образом подходят для организации дальней связи. В отличие от стационарных сверхпроводящих цепей, их кубиты представляют собой атомы, удерживаемые лазерными лучами. Перемещая лазеры, они могут приводить в контакт удаленные кубиты. «Это потрясающе для кодов LDPC», — сказал Бройкманн.
Когда (и даже если) коды LDPC станут практичными, остается неясным. Даже в самых радужных прогнозах демонстрация десятков надежных кубитов памяти, скорее всего, произойдет через несколько лет, а расчеты еще дальше. Но недавнее моделирование делает поверхностный код все более похожим на ступеньку на пути к квантовым вычислениям, а не на пункт назначения.
«Есть причина, по которой поверхностный код существует уже 20 лет», — сказал Бройкманн. «Его трудно победить, но теперь у нас есть доказательства того, что мы действительно можем его победить».
- SEO-контент и PR-распределение. Получите усиление сегодня.
- PlatoData.Network Вертикальный генеративный ИИ. Расширьте возможности себя. Доступ здесь.
- ПлатонАйСтрим. Интеллект Web3. Расширение знаний. Доступ здесь.
- ПлатонЭСГ. Автомобили / электромобили, Углерод, чистые технологии, Энергия, Окружающая среда, Солнечная, Управление отходами. Доступ здесь.
- ПлатонЗдоровье. Биотехнологии и клинические исследования. Доступ здесь.
- ЧартПрайм. Улучшите свою торговую игру с ChartPrime. Доступ здесь.
- Смещения блоков. Модернизация права собственности на экологические компенсации. Доступ здесь.
- Источник: https://www.quantamagazine.org/new-codes-could-make-quantum-computing-10-times-more-efficient-20230825/
- :имеет
- :является
- :нет
- :куда
- ][п
- 000
- 1
- 10
- 100
- 12
- 15%
- 1998
- 20
- 20 лет
- 2012
- 2013
- a
- способность
- О нас
- AC
- доступ
- фактического соединения
- на самом деле
- добавленный
- адресация
- После
- алгоритмы
- Все
- разрешено
- позволяет
- вдоль
- уже
- причислены
- среди
- количество
- an
- и
- Эндрю
- все
- появившийся
- аппетит
- МЫ
- около
- прибытие
- AS
- At
- избежать
- прочь
- ГРУППА
- основанный
- BE
- стали
- , так как:
- становиться
- было
- начал
- между
- больший
- Заблокировать
- Блоки
- доска
- булавка
- приносить
- Бристоль
- Строительство
- бремя
- но
- by
- расчеты
- Калифорния
- под названием
- CAN
- способный
- осторожно
- определенный
- вызов
- сложные
- символы
- проверка
- контроль
- Проверки
- Чикаго
- чип
- выбранный
- клан
- класс
- код
- Коды
- сотрудничество
- коллеги
- выходит
- приход
- Компании
- сравненный
- вычисление
- расчеты
- компьютеры
- вычисление
- подключенный
- Соединительный
- Коммутация
- подключает
- считается
- обращайтесь
- Corner
- Цена
- может
- Создайте
- Создающий
- Пересекать
- Текущий
- день
- убивают
- в зависимости
- Проект
- назначенный
- желанный
- назначение
- устройство
- Устройства
- DID
- Интернет
- обсуждать
- do
- дело
- Dont
- вниз
- нижняя сторона
- множество
- каждый
- легко
- эффективный
- эффективно
- впритык
- ошибка
- ошибки
- особенно
- по существу
- к XNUMX году
- Даже
- , поскольку большинство сенаторов
- точно,
- Excel
- Выполняет
- Экзотический
- экспериментальный
- Больше
- дополнительно
- чрезвычайно
- Oшибка
- Ошибка
- далеко
- Показывая
- несколько
- меньше
- соответствовать
- фиксированный
- плоский
- Что касается
- Прогнозы
- найденный
- 4
- от
- плод
- полностью
- далее
- будущее
- игра
- получающий
- Золото
- Золотой стандарт
- хорошо
- значительно
- сетка
- группы
- Группы
- было
- Жесткий
- Сильнее
- Аппаратные средства
- Гарвардский
- Гарвардский университет
- Есть
- возглавлял
- Герой
- помощь
- здесь
- Скрытый
- Спрятать
- очень
- его
- надежды
- Как
- HTTPS
- Сотни
- IBM
- if
- в XNUMX году
- улучшать
- in
- В том числе
- все больше и больше
- Бесконечный
- влияние
- информация
- вход
- Институт
- в
- выпустили
- вовлеченный
- IT
- ЕГО
- журнал
- всего
- Сохранить
- Король
- Знать
- известный
- в значительной степени
- больше
- лазер
- лазеры
- Фамилия
- прыжки
- наименее
- привело
- Меньше
- такое как
- Вероятно
- LINK
- связи
- Длинное
- дольше
- ВЗГЛЯДЫ
- терять
- ниже
- сделанный
- журнал
- Главная
- сделать
- ДЕЛАЕТ
- манипулировать
- многих
- Карты
- Мэриленд
- me
- Участники
- Память
- сообщение
- может быть
- Осечка
- ошибки
- скромный
- модифицировало
- БОЛЕЕ
- более эффективным
- самых
- перемещение
- много
- с разными
- натуральный
- Необходимость
- необходимый
- соседи
- ни
- Нидерланды
- Новые
- нет
- сейчас
- номер
- объекты
- of
- от
- .
- on
- ONE
- только
- Операционный отдел
- or
- заказ
- организует
- Другое
- наши
- внешний
- за
- соотношение
- путь
- рецензируемых
- Выполнять
- производительность
- выполняет
- возможно
- Физика
- план
- Платон
- Платон Интеллектуальные данные
- ПлатонДанные
- возможность
- возможное
- потенциал
- мощностью
- практическое
- практика
- консервирование
- первичный
- принцип
- процесс
- процессор
- процессоры
- для защиты
- защищенный
- защищающий
- опубликованный
- Квантовый журнал
- Квантовый
- квантовые алгоритмы
- квантовые компьютеры
- квантовые вычисления
- квантовая коррекция ошибок
- квантовая информация
- Кубит
- кубиты
- редко
- Обменный курс
- скорее
- Сырье
- реальные
- на самом деле
- причина
- последний
- понимается
- складская
- оставаться
- остатки
- Сообщается
- обязательный
- Требования
- исследованиям
- исследователь
- исследователи
- результат
- Возвращает
- правую
- повышение
- Дорога
- грубо
- Run
- Бег
- Россия
- безопасный
- Сказал
- то же
- экономия
- видел
- Шкала
- схема
- посмотреть
- видя
- казаться
- показал
- аналогичный
- моделирование
- одинарной
- меньше
- плавно
- Шпионить
- So
- некоторые
- удалось
- Говоря
- потраченный
- дух
- Распространение
- площадь
- стандарт
- и политические лидеры
- Область
- Шаги
- прилипание
- Stop
- сильно
- Структура
- исследования
- представленный
- существенный
- такие
- предлагать
- сверхпроводящий
- Поверхность
- удивлен
- переживший
- системы
- с учетом
- с
- Сложность задачи
- команда
- технически
- Технологии
- десятки
- срок
- тестXNUMX
- чем
- который
- Ассоциация
- информация
- Нидерланды
- мир
- их
- Их
- тогда
- теоретический
- Там.
- Эти
- они
- задача
- вещи
- think
- этой
- те
- по всему
- время
- раз
- в
- сегодня
- Сегодняшних
- вместе
- терпимость
- слишком
- приняли
- жесткий
- к
- превращение
- тоннель
- Оказалось
- Дважды
- два
- напишите
- Неопределенный
- Университет
- Чикагский университет
- В отличие от
- представила
- использование
- используемый
- через
- различный
- очень
- Виртуальный
- законопроект
- Путь..
- we
- WebP
- неделя
- ЧТО Ж
- были
- Что
- когда
- будь то
- который
- в то время как
- КТО
- будете
- ветер
- Word
- Работа
- Мир
- бы
- лет
- еще
- Ты
- зефирнет