By Кенна опубликовано 12 сент. 2022 г.
Одной из самых больших проблем при разработке квантового компьютера являются ошибки исправлениен. Ошибки в квантовых вычислениях довольно распространены, в основном из-за шума окружающей среды и общей хрупкости системы. Эти ошибки могут привести к неточным измерениям и исказить результаты квантового программирования. Многие компании, такие как IBM и Google, работают над способами исправления этих ошибок или повторной калибровки квантовых компьютеров, чтобы они были более устойчивыми к ошибкам. В новой статье от Природа связиКоманда из Принстонского университета предлагает альтернативный метод исправления ошибок, рассматривая систему, известную как «ошибка стирания».
Что такое квантовая коррекция ошибок (QEC)?
Потому что кубиты, основные элементы квантового компьютера, весьма хрупкое, они подвержены ошибкам. «Главная проблема сейчас в квантовых вычислениях — получить достаточно высокоточных кубитов для реализации квантовой коррекции ошибок», — объяснили Джеффри Томпсон, доцент Принстонского университета и ведущий исследователь исследования, в интервью изданию Внутри квантовой технологии. Для большинства типов квантовой коррекции ошибок (КЭК), алгоритм используется для выявления и исправления ошибок в квантовом компьютере. Хотя эти алгоритмы основаны на математических подходах, они далеки от совершенства. Как объяснил Томпсон: «В стандарт Для квантовой коррекции ошибок вам необходимо определить как места, так и типы ошибок, произошедших в ваших кубитах, на основе ограниченного набора наблюдений, известных как синдромные измерения». Хотя эти измерения синдромов помогают выявить ошибки, они не всегда приводят к успешному исправлению ошибок. «Исправление ошибок не удается, если у вас нет достаточной информации для однозначного определения, что происходит, когда ошибок слишком много», — добавил Томпсон.
Обнаружение ошибки стирания
Вместо того, чтобы решать эту проблему путем уменьшения общего количества ошибок, Томпсон и его команда работали над тем, чтобы ошибки было легче выявлять. Они обнаружили это почти случайно, изучая структуру кубита иттербия. Два электрона во внешней оболочке иттербия, казалось, сыграли ключевую роль в исправлении ошибок. Углубившись в физические причины ошибки, исследователи смогли разработать систему, в которой источник ошибки стирает или устраняет неточные данные. Система стирания работала, связывая квантовые ошибки со сдвигом энергии во внешних электронах. Томпсон называет эту конкретную систему «ошибкой стирания», и она может помочь показать, где данные неточны. «Ошибка стирания — это особый тип ошибки, которая раскрывает свое собственное местоположение, поэтому вы можете использовать больше информации о синдроме, чтобы определить тип ошибки», — сказал Томпсон. «Это позволяет обрабатывать больше ошибок и, следовательно, повысить производительность исправления ошибок». Ошибки стирания довольно распространены в классических вычислениях, но только сейчас учитываются в квантовых вычислениях.
Используя ошибки стирания, исследователи обнаружили, что их новая техника способна выдержать 4.1% коэффициент ошибок, который возможен для современных квантовых компьютеров. Предыдущие системы могли выдерживать лишь уровень ошибок в 1%, а затем были перегружены более высоким процентом ошибок. Томпсон считает, что этот более высокий процент может сделать более крупный квантовый компьютер с большим количеством кубитов вполне вероятной реальностью. «Если у вас есть кубиты, которые склонны к ошибкам стирания, вам не нужно столько, и они могут работать хуже», — добавил Томпсон. «Для определенных диапазонов параметров кубиты со смещением на стирание могут потребовать в 10 или даже 100 раз меньше кубитов для достижения определенного уровня производительности QEC по сравнению с обычными кубитами». Для многих компаний, стремящихся расширить масштабы своих квантовых компьютеров, система устранения ошибок стирания может стать ключом к достижению этих целей. «Для достижения этой цели, возможно, окажется возможным тонко перепроектировать существующие кубиты», — сказал Томпсон. «Эта идея вызывает большой интерес».
Кенна Хьюз-Каслберри — штатный автор журнала Inside Quantum Technology и научный коммуникатор в JILA (партнерство Университета Колорадо в Боулдере и NIST). Ее писательские направления включают глубокие технологии, метавселенную и квантовые технологии. Больше ее работ вы можете найти на ее сайте: https://kennacastleberry.com/
