By Kenna objavljeno 12. septembra 2022
Eden največjih izzivov pri razvoju kvantnega računalnika je napaka correction. Napake znotraj kvantnega računalništva so precej pogoste, predvsem zaradi okoljskega hrupa in splošne krhkosti sistema. Te napake lahko povzročijo netočne meritve in izkrivljajo rezultate kvantnega programiranja. Mnoga podjetja, npr IBM in google, se ukvarjajo z načini, kako popraviti te napake ali ponovno umeriti kvantne računalnike, da bodo bolj odporni na napake. V novem prispevku iz Nature Communications, ekipa z Univerze Princeton ponuja alternativno metodo za odpravo napak s pogledom na sistem, znan kot "napaka pri izbrisu".
Kaj je kvantna korekcija napak (QEC)?
Ker so kubiti, jedrne enote kvantnega računalnika, precej krhka, so dovzetni za napake. "Osrednja težava kvantnega računalništva je pridobiti dovolj visokozvestnih kubitov za implementacijo kvantnega popravljanja napak," je pojasnil Jeffrey Thompson, izredni profesor na univerzi Princeton in glavni raziskovalec študije v intervjuju z Znotraj kvantne tehnologije. Za večino vrst kvantnega popravljanja napak (QEC), algoritem se uporablja za prepoznavanje in popravljanje napak v kvantnem računalniku. Čeprav ti algoritmi temeljijo na matematičnih pristopih, še zdaleč niso popolni. Kot je pojasnil Thompson: »V standardna kvantne korekcije napak, morate določiti lokacije in vrste napak, ki so se zgodile na vaših kubitih, iz omejenega nabora opazovanj, znanih kot meritve sindroma.« Čeprav so te meritve sindroma koristne pri natančnem določanju napak, ne vodijo vedno do uspešnega popravljanja napak. "Popravek napak ne uspe, če nimate dovolj informacij za nedvoumno določitev, kar se zgodi, ko je napak preveč," je dodal Thompson.
Iskanje napake pri izbrisu
Namesto da bi odpravili to težavo z zmanjšanjem skupnega števila napak, sta Thompson in njegova ekipa delala na tem, da bi napake lažje prepoznali. To so ugotovili skoraj po naključju med preučevanjem strukture iterbijevega kubita. Zdi se, da dva elektrona v zunanji lupini iterbija nista ključna za pomoč pri odpravljanju napak. Ko so se poglobili v fizične vzroke napake, so raziskovalci lahko razvili sistem, kjer vir napake izbriše ali odstrani netočne podatke. Sistem za brisanje je deloval tako, da je kvantne napake povezal s premikom energije v zunanjih elektronih. Thompson ta poseben sistem imenuje "napaka pri izbrisu" in lahko pomaga pokazati, kje so podatki netočni. "Napaka 'izbrisa' je posebna vrsta napake, ki razkrije lastno lokacijo, tako da lahko uporabite več informacij o sindromu, da ugotovite vrsto napake," je dejal Thompson. "To vam omogoča, da obravnavate več napak in s tem povečate učinkovitost odpravljanja napak." Napake pri izbrisu so precej pogoste v klasičnem računalništvu, vendar se šele zdaj upoštevajo v kvantnem računalništvu.
Z uporabo napak pri brisanju so raziskovalci ugotovili, da njihova nova tehnika lahko prenese a 4.1% stopnjo napak, kar je izvedljivo za trenutne kvantne računalnike. Prejšnji sistemi so lahko zdržali samo 1-odstotno stopnjo napake, preden so bili preobremenjeni z višjim odstotkom napake. Thompson verjame, da lahko zaradi tega višjega odstotka večji kvantni računalnik z več kubiti postane realnost. »Če imate kubite, ki so nagnjeni k napakam pri izbrisu, jih ne potrebujete toliko in lahko delujejo slabše,« je dodal Thompson. "Za določene obsege parametrov lahko kubiti s pristranskostjo izbrisa zahtevajo 10-krat ali celo 100-krat manj kubitov, da dosežejo določeno raven zmogljivosti QEC v primerjavi z običajnimi kubiti." Za mnoga podjetja, ki želijo razširiti svoje kvantne računalnike, je lahko sistem za brisanje napak ključnega pomena za doseganje teh ciljev. "Morda je mogoče subtilno preoblikovati obstoječe kubite, da bi to dosegli," je dejal Thompson. "Zanimanje za to idejo je veliko."
Kenna Hughes-Castleberry je zaposlena pisateljica pri Inside Quantum Technology in znanstveni komunikator pri JILA (partnerstvo med Univerzo Colorado Boulder in NIST). Njeni utripi pisanja vključujejo globoko tehnologijo, metaverzum in kvantno tehnologijo. Več o njenem delu lahko najdete na njeni spletni strani: https://kennacastleberry.com/
