25 сентября 2023 г. — Исследователи Массачусетского технологического института сообщают, что продемонстрировали новую архитектуру сверхпроводящих кубитов, которая может выполнять операции между кубитами с большей точностью, устраняя препятствие на пути коммерческого использования квантовых компьютеров: коррекцию ошибок.
Исследователи использовали относительно новый тип сверхпроводящего кубита, известный как флуксоний, срок службы которого может быть больше, чем у более широко используемых сверхпроводящих кубитов. Чтобы реализовать обещание квантовых вычислений, квантовые версии кодов исправления ошибок должны быть способны учитывать вычислительные ошибки быстрее, чем они происходят. Однако сегодняшние квантовые компьютеры еще недостаточно надежны, чтобы реализовать такую коррекцию ошибок в коммерчески значимых масштабах.
Архитектура, используемая исследователями Массачусетского технологического института, включает специальный элемент связи между двумя флюксониевыми кубитами, который позволяет им выполнять логические операции, известные как вентили, с высокой точностью. Он подавляет тип нежелательного фонового взаимодействия, которое может привести к ошибкам в квантовых операциях.
Этот подход позволил использовать двухкубитные вентили с точностью более 99.9% и однокубитные вентили с точностью 99.99%. Кроме того, исследователи реализовали эту архитектуру на чипе, используя расширяемый производственный процесс.
«Создание крупномасштабного квантового компьютера начинается с надежных кубитов и вентилей. Мы показали многообещающую двухкубитную систему и рассказали о ее многочисленных преимуществах для масштабирования. Наш следующий шаг — увеличить количество кубитов», — говорит Леон Дин, доктор философии '23, который был аспирантом по физике в группе инженерных квантовых систем (EQuS) и является ведущим автором статьи по этой архитектуре.
Динг написал статью вместе с Максом Хейсом, постдоком EQuS; Ёнкю Сон, доктор философии '22; Бхарат Каннан, доктор философии '22, который сейчас является генеральным директором Atlantic Quantum; Кайл Серняк, научный сотрудник и руководитель группы Лаборатории Линкольна Массачусетского технологического института; и старший автор Уильям Д. Оливер, профессор электротехники, информатики и физики Генри Эллиса Уоррена, директор Центра квантовой инженерии, руководитель EQuS и заместитель директора Исследовательской лаборатории электроники; а также другие сотрудники Массачусетского технологического института и Лаборатории Линкольна Массачусетского технологического института. Исследование появилось сегодня в Физический обзор X.
Новый взгляд на флюксониевый кубит
В классическом компьютере вентили — это логические операции, выполняемые над битами (серией единиц и нулей), которые позволяют выполнять вычисления. Ворота в квантовые вычисления Можно думать одинаково: однокубитный вентиль — это логическая операция над одним кубитом, а двухкубитный вентиль — это операция, которая зависит от состояний двух связанных кубитов.
Fidelity измеряет точность квантовых операций, выполняемых на этих воротах. Ворота с максимально возможной точностью важны, поскольку квантовые ошибки накапливаются экспоненциально. Поскольку в крупномасштабной системе происходят миллиарды квантовых операций, даже небольшая, казалось бы, ошибка может быстро привести к сбою всей системы.
На практике для достижения такого низкого уровня ошибок можно было бы использовать коды, исправляющие ошибки. Однако существует «порог точности», который операции должны преодолеть, чтобы реализовать эти коды. Более того, выход за пределы этого порога снижает накладные расходы, необходимые для реализации кодов исправления ошибок.
На протяжении более десяти лет исследователи в основном использовали трансмонные кубиты в своих усилиях по созданию квантовых компьютеров. Другой тип сверхпроводящего кубита, известный как кубит-флюксоний, возник совсем недавно. Было показано, что кубиты флюксония имеют более длительную продолжительность жизни или время когерентности, чем трансмонные кубиты.
Время когерентности — это мера того, как долго кубит может выполнять операции или запускать алгоритмы, прежде чем вся информация в кубите будет потеряна.
«Чем дольше живет кубит, тем выше точность операций, которые он обеспечивает. Эти два числа связаны между собой. Но было неясно, даже когда сами флюксониевые кубиты работают достаточно хорошо, можно ли на них создать хорошие вентили», — говорит Динг.
Впервые Дин и его коллеги нашли способ использовать эти долгоживущие кубиты в архитектуре, которая может поддерживать чрезвычайно надежные и высокоточные вентили. По своей архитектуре кубиты-флюксониумы могли достигать времени когерентности более миллисекунды, что примерно в 10 раз дольше, чем у традиционных трансмон-кубитов.
«За последние пару лет было несколько демонстраций того, что флюксоний превосходит трансмоны на уровне одного кубита», — говорит Хейс. «Наша работа показывает, что это повышение производительности может быть распространено и на взаимодействие между кубитами».
Флюксониевые кубиты были разработаны в тесном сотрудничестве с Лабораторией Линкольна Массачусетского технологического института (MIT-LL), которая имеет опыт в разработке и производстве расширяемых сверхпроводящих кубитовых технологий.
«Этот эксперимент был образцом того, что мы называем «моделью одной команды»: тесного сотрудничества между группой EQuS и командой по сверхпроводящим кубитам в MIT-LL», — говорит Серняк. «Здесь стоит особо отметить вклад производственной группы MIT-LL — они разработали возможность создавать плотные массивы из более чем 100 джозефсоновских переходов специально для флюксониев и других новых цепей кубитов».
Более прочная связь
Их новая архитектура включает в себя схему, которая имеет по два флюксониевых кубита на обоих концах и настраиваемый трансмон-переходник посередине для их соединения. Эта архитектура флюксоний-трансмон-флюксоний (FTF) обеспечивает более сильную связь, чем методы, которые напрямую соединяют два флюксониевых кубита.
FTF также сводит к минимуму нежелательные взаимодействия, возникающие в фоновом режиме во время квантовых операций. Как правило, более сильные связи между кубитами могут привести к усилению постоянного фонового шума, известного как статические ZZ-взаимодействия. Но архитектура FTF решает эту проблему.
Способность подавлять эти нежелательные взаимодействия и более длительное время когерентности флюксониевых кубитов — два фактора, которые позволили исследователям продемонстрировать точность однокубитного вентиля 99.99 процента и точность двухкубитного вентиля 99.9 процента.
Эта точность вентиля значительно превышает порог, необходимый для некоторых распространенных кодов исправления ошибок, и должна обеспечить обнаружение ошибок в более масштабных системах.
«Квантовая коррекция ошибок повышает устойчивость системы за счет резервирования. Добавляя больше кубитов, мы можем улучшить общую производительность системы при условии, что кубиты по отдельности «достаточно хороши». Представьте, что вы пытаетесь выполнить задание в комнате, полной детсадовцев. Это настоящий хаос, и добавление большего количества детсадовцев не улучшит ситуацию», — объясняет Оливер. «Однако совместная работа нескольких зрелых аспирантов приводит к результатам, превосходящим любого из них — это пороговая концепция. Хотя для создания расширяемого квантового компьютера еще многое предстоит сделать, все начинается с создания высококачественных квантовых операций, которые значительно превышают пороговые значения».
Опираясь на эти результаты, Дин, Сун, Каннан, Оливер и другие недавно основали стартап по квантовым вычислениям. Атлантический квант. Компания стремится использовать кубиты флюксония для создания жизнеспособного квантового компьютера для коммерческого и промышленного применения.
«Эти результаты применимы немедленно и могут изменить состояние всего месторождения. Это показывает сообществу, что существует альтернативный путь вперед. Мы твердо убеждены, что эта архитектура или что-то подобное с использованием флюксониевых кубитов демонстрирует большие перспективы с точки зрения создания полезного, отказоустойчивого квантового компьютера», — говорит Каннан.
Хотя до создания такого компьютера, вероятно, еще 10 лет, это исследование является важным шагом в правильном направлении, добавляет он. Далее исследователи планируют продемонстрировать преимущества архитектуры FTF в системах с более чем двумя подключенными кубитами.
Эта работа частично финансировалась Исследовательским управлением армии США, заместителем министра обороны по исследованиям и разработкам, стипендией IBM PhD, Корейским фондом перспективных исследований и Национальной программой стипендий для выпускников в области оборонной науки и техники.
Источник: Это переработанная версия рассказа Адама Зеве. Новости MIT
- 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. Углерод, чистые технологии, Энергия, Окружающая среда, Солнечная, Управление отходами. Доступ здесь.
- ПлатонЗдоровье. Биотехнологии и клинические исследования. Доступ здесь.
- Источник: https://insidehpc.com/2023/09/mit-qubit-architecture-achieves-progress-on-quantum-error-correction/
- :имеет
- :является
- :нет
- 10
- 100
- 13
- 2023
- 25
- 9
- a
- способность
- в состоянии
- О нас
- выше
- Учетная запись
- скапливаться
- точность
- точный
- Достигать
- Достигает
- на самом деле
- Адам
- добавить
- дополнение
- адресация
- Добавляет
- продвижение
- Преимущества
- алгоритмы
- Все
- причислены
- количество
- an
- анализ
- и
- Другой
- любой
- появляется
- отношение
- Приложения
- подхода
- архитектура
- МЫ
- армия
- AS
- Юрист
- At
- автор
- прочь
- фон
- BE
- , так как:
- было
- до
- верить
- Лучшая
- между
- Beyond
- миллиарды
- повышение
- строить
- Строительство
- строит
- но
- by
- призывают
- CAN
- возможности
- Вызывать
- Центр
- Генеральный директор
- определенный
- изменение
- Chaos
- чип
- Закрыть
- Коды
- сотрудничество
- коммерческая
- в промышленных масштабах
- Общий
- обычно
- сообщество
- Компания
- вычисление
- компьютер
- Информатика
- компьютеры
- вычисление
- сама концепция
- Свяжитесь
- подключенный
- строить
- вклад
- может
- Пара
- десятилетие
- Защита
- демонстрировать
- убивают
- зависит
- Проект
- обнаружение
- развитый
- направление
- непосредственно
- директор
- do
- в течение
- усилия
- или
- Electronics
- элемент
- включить
- включен
- позволяет
- конец
- Проект и
- достаточно
- Весь
- ошибка
- ошибки
- существенный
- Даже
- Превышен
- превышает
- эксперимент
- опыта
- Объясняет
- экспоненциально
- чрезвычайно
- факторы
- FAIL
- далеко
- быстрее
- верность
- поле
- Во-первых,
- Впервые
- Что касается
- вперед
- найденный
- Год основания
- Основана
- полный
- фундированный
- Более того
- ворота
- хорошо
- выпускник
- большой
- большой
- группы
- Есть
- имеющий
- he
- Генри
- здесь
- высокая производительность
- высококачественный
- высший
- наивысший
- выделив
- очень
- его
- Как
- Однако
- HTTPS
- IBM
- if
- немедленно
- осуществлять
- в XNUMX году
- важную
- улучшать
- in
- Увеличение
- в отдельности
- лиц
- промышленность
- информация
- взаимодействие
- взаимодействие
- в
- вводить
- IT
- ЕГО
- присоединиться
- известный
- Корея
- залив
- лаборатория
- крупномасштабный
- Фамилия
- вести
- лидер
- Лиды
- уровень
- продолжительность жизни
- такое как
- Lincoln
- Живет
- логический
- Длинное
- дольше
- потерянный
- серия
- Низкий
- сделать
- способ
- многих
- зрелый
- Макс
- макс-ширина
- проводить измерение
- меры
- методы
- средняя
- сводит к минимуму
- MIT
- БОЛЕЕ
- много
- должен
- национальный
- необходимый
- Новые
- Новости
- следующий
- Шум
- роман
- сейчас
- номер
- номера
- происходящий
- of
- от
- Офис
- on
- ONE
- операция
- Операционный отдел
- or
- порожденный
- Другое
- Другое
- наши
- внешний
- превосходя
- общий
- бумага & картон
- часть
- путь
- процент
- Выполнять
- производительность
- выполнены
- кандидат наук
- Физика
- план
- Платон
- Платон Интеллектуальные данные
- ПлатонДанные
- возможное
- практика
- в первую очередь
- вероятно
- Проблема
- процесс
- Профессор
- FitPartner™
- Прогресс
- обещание
- многообещающий
- продвижении
- при условии
- Нажимать
- Квантовый
- Квантовый компьютер
- квантовые компьютеры
- квантовые вычисления
- квантовая коррекция ошибок
- квантовые системы
- Кубит
- кубиты
- быстро
- Стоимость
- реализовать
- недавно
- снижает
- относительно
- соответствующие
- отчету
- Отчеты
- исследованиям
- исследователи
- упругость
- Итоги
- обзоре
- правую
- надежный
- Комната
- Run
- s
- то же
- говорит
- Весы
- масштабирование
- Наука
- Ученый
- стремится
- по-видимому
- старший
- Серии
- несколько
- должен
- показал
- показанный
- Шоу
- одинарной
- небольшой
- удалось
- особый
- конкретно
- Персонал
- начинается
- ввод в эксплуатацию
- Область
- Области
- Шаг
- По-прежнему
- История
- сильнее
- сильно
- "Студент"
- Студенты
- исследования
- такие
- сверхпроводящий
- поддержка
- превосходить
- система
- системы
- взять
- Сложность задачи
- команда
- технологии
- как правило,
- terms
- чем
- который
- Ассоциация
- информация
- Государство
- их
- Их
- сами
- Там.
- Эти
- они
- think
- этой
- мысль
- порог
- Через
- Связанный
- время
- раз
- в
- сегодня
- Сегодняшних
- вместе
- традиционный
- пытается
- два
- напишите
- типично
- нам
- нежелательный
- использование
- используемый
- через
- использовать
- версия
- версии
- жизнеспособный
- кроличий садок
- законопроект
- Путь..
- we
- ЧТО Ж
- были
- Что
- когда
- который
- в то время как
- КТО
- Уильям
- Работа
- работает
- стоимость
- бы
- писал
- лет
- еще
- Ты
- зефирнет