25. september 2023 — Raziskovalci MIT poročajo, da so prikazali novo superprevodno arhitekturo kubitov, ki lahko izvaja operacije med kubiti z večjo natančnostjo in obravnava oviro komercialni uporabi kvantnih računalnikov: popravljanje napak.
Raziskovalci so uporabili razmeroma novo vrsto superprevodnega kubita, znanega kot fluksonij, ki ima lahko daljšo življenjsko dobo kot bolj pogosto uporabljeni superprevodni kubit. Da bi uresničili obljubo ali kvantno računalništvo, morajo biti kvantne različice kod za popravljanje napak sposobne upoštevati računske napake hitreje, kot se pojavijo. Vendar pa današnji kvantni računalniki še niso dovolj robustni, da bi uresničili takšno popravljanje napak v komercialno pomembnih merilih.
Arhitektura, ki jo uporabljajo raziskovalci MIT, vključuje poseben povezovalni element med dvema fluksonijevim kubitom, ki jim omogoča izvajanje logičnih operacij, znanih kot vrata, na zelo natančen način. Zavira vrsto neželene interakcije v ozadju, ki lahko povzroči napake v kvantnih operacijah.
Ta pristop je omogočil vrata z dvema kubitoma, ki so presegla 99.9-odstotno natančnost, in vrata z enim kubitom z 99.99-odstotno natančnostjo. Poleg tega so raziskovalci implementirali to arhitekturo na čipu z uporabo razširljivega procesa izdelave.
»Gradnja obsežnega kvantnega računalnika se začne z robustnimi kubiti in vrati. Pokazali smo zelo obetaven dvokubitni sistem in predstavili njegove številne prednosti za skaliranje. Naš naslednji korak je povečanje števila kubitov,« pravi Leon Ding PhD '23, ki je bil podiplomski študent fizike v skupini Engineering Quantum Systems (EQuS) in je glavni avtor prispevka o tej arhitekturi.
Ding je članek napisal z Maxom Haysom, podoktorjem EQuS; Youngkyu Sung PhD '22; Bharath Kannan PhD '22, ki je zdaj izvršni direktor Atlantic Quantum; Kyle Serniak, strokovni sodelavec in vodja ekipe v laboratoriju MIT Lincoln; in višji avtor William D. Oliver, Henry Ellis Warren, profesor elektrotehnike in računalništva ter fizike, direktor Centra za kvantni inženiring, vodja EQuS in pomočnik direktorja Raziskovalnega laboratorija za elektroniko; kot tudi drugi na MIT in MIT Lincoln Laboratory. Raziskava se danes pojavlja v Fizični pregled X.
Nov pogled na fluksonijev kubit
V klasičnem računalniku so vrata logične operacije, ki se izvajajo na bitih (niz 1 in 0), ki omogočajo izračun. Vrata noter kvantno računalništvo si lahko predstavljamo na enak način - vrata z enim kubitom so logična operacija na enem kubitu, medtem ko so vrata z dvema kubitoma operacija, ki je odvisna od stanj dveh povezanih kubitov.
Zvestoba meri natančnost kvantnih operacij, izvedenih na teh vratih. Vrata z najvišjo možno natančnostjo so bistvena, ker se kvantne napake kopičijo eksponentno. Z milijardami kvantnih operacij, ki se pojavljajo v obsežnem sistemu, lahko na videz majhna količina napake hitro povzroči odpoved celotnega sistema.
V praksi bi uporabili kode za popravljanje napak, da bi dosegli tako nizke stopnje napak. Vendar pa obstaja "prag zvestobe", ki ga morajo operacije preseči za izvajanje teh kod. Poleg tega potiskanje zvestobe daleč preko tega praga zmanjša režijske stroške, potrebne za implementacijo kod za popravljanje napak.
Že več kot desetletje so raziskovalci v svojih prizadevanjih za izdelavo kvantnih računalnikov uporabljali predvsem transmonske kubite. Druga vrsta superprevodnega kubita, znana kot fluksonijev kubit, je nastala pred kratkim. Izkazalo se je, da imajo fluksonijevi kubiti daljšo življenjsko dobo ali koherenčne čase kot transmonski kubiti.
Čas koherence je merilo, koliko časa lahko kubit izvaja operacije ali izvaja algoritme, preden se izgubijo vse informacije v kubitu.
»Dlje kot kubit živi, večjo zvestobo spodbujajo operacije. Ti dve številki sta povezani. Vendar ni bilo jasno, tudi če fluksonijevi kubiti sami delujejo precej dobro, ali lahko na njih izvedete dobra vrata,« pravi Ding.
Ding in njegovi sodelavci so prvič našli način za uporabo teh kubitov z daljšo življenjsko dobo v arhitekturi, ki lahko podpira izjemno robustna vrata visoke ločljivosti. V svoji arhitekturi so lahko fluksonijevi kubiti dosegli koherenčne čase, daljše od milisekunde, kar je približno 10-krat dlje kot tradicionalni transmonski kubiti.
"V zadnjih nekaj letih je bilo več dokazov, da fluksonij prekaša transmone na ravni enega kubita," pravi Hays. "Naše delo kaže, da je to povečanje zmogljivosti mogoče razširiti tudi na interakcije med kubiti."
Fluksonijevi kubiti so bili razviti v tesnem sodelovanju z MIT Lincoln Laboratory (MIT-LL), ki ima strokovno znanje in izkušnje pri načrtovanju in izdelavi razširljivih superprevodnih tehnologij kubitov.
»Ta poskus je bil vzor tega, čemur pravimo 'model ene ekipe': tesno sodelovanje med skupino EQuS in skupino za superprevodne kubite na MIT-LL,« pravi Serniak. "Tukaj je vredno posebej poudariti prispevek ekipe za izdelavo na MIT-LL - razvili so zmožnost konstruiranja gostih nizov več kot 100 Josephsonovih spojin posebej za fluksonije in druga nova vezja kubitov."
Močnejša povezava
Njihova nova arhitektura vključuje vezje, ki ima dva fluksonijeva kubita na obeh koncih, z nastavljivo transmonsko sklopko na sredini, ki ju združi skupaj. Ta arhitektura fluksonija-transmona-fluksonija (FTF) omogoča močnejšo sklopitev kot metode, ki neposredno povezujejo dva fluksonijeva kubita.
FTF tudi minimizira neželene interakcije, ki se pojavljajo v ozadju med kvantnimi operacijami. Običajno lahko močnejše sklopitve med kubiti povzročijo več tega vztrajnega hrupa v ozadju, znanega kot statične ZZ interakcije. Toda arhitektura FTF odpravlja to težavo.
Sposobnost zatiranja teh neželenih interakcij in daljši koherenčni časi fluksonijevih kubitov sta dva dejavnika, ki sta raziskovalcem omogočila, da so dokazali zvestobo vrat z enim kubitom 99.99 odstotka in zvestobo vrat z dvema kubitoma 99.9 odstotka.
Te zvestobe vrat so precej nad pragom, ki je potreben za nekatere skupne kode za popravljanje napak, in bi morale omogočiti odkrivanje napak v sistemih večjega obsega.
»Kvantno popravljanje napak gradi odpornost sistema z redundanco. Z dodajanjem več kubitov lahko izboljšamo splošno delovanje sistema, pod pogojem, da so kubiti posamezno "dovolj dobri". Pomislite, da bi poskušali opraviti nalogo s sobo, polno otrok iz vrtca. To je velik kaos in dodajanje več vrtcev ne bo izboljšalo,« pojasnjuje Oliver. »Vendar več zrelih podiplomskih študentov, ki delajo skupaj, vodi do uspešnosti, ki presega katerega koli posameznika – to je koncept praga. Čeprav je treba še veliko narediti za izgradnjo razširljivega kvantnega računalnika, se začne z visokokakovostnimi kvantnimi operacijami, ki so precej nad pragom.«
Na podlagi teh rezultatov so Ding, Sung, Kannan, Oliver in drugi nedavno ustanovili zagonsko podjetje za kvantno računalništvo, Atlantski kvant. Podjetje želi uporabiti fluksonijeve kubite za izdelavo uspešnega kvantnega računalnika za komercialne in industrijske aplikacije.
»Ti rezultati so takoj uporabni in lahko spremenijo stanje celotnega polja. To skupnosti pokaže, da obstaja alternativna pot naprej. Trdno verjamemo, da ta arhitektura ali kaj podobnega, ki uporablja fluksonijeve kubite, veliko obeta v smislu dejanske gradnje uporabnega kvantnega računalnika, odpornega na napake,« pravi Kannan.
Medtem ko je do takšnega računalnika verjetno še 10 let, je ta raziskava pomemben korak v pravo smer, dodaja. Nato nameravajo raziskovalci prikazati prednosti arhitekture FTF v sistemih z več kot dvema povezanima kubitoma.
To delo so delno financirali Raziskovalni urad ameriške vojske, podsekretar za obrambo za raziskave in inženiring, IBM-ova doktorska štipendija, Korejska fundacija za napredne študije in Nacionalni program štipendij za podiplomske obrambne znanosti in inženirstvo.
Vir: To je revidirana različica zgodbe Adama Zeweja, MIT News
- Distribucija vsebine in PR s pomočjo SEO. Okrepite se še danes.
- PlatoData.Network Vertical Generative Ai. Opolnomočite se. Dostopite tukaj.
- PlatoAiStream. Web3 Intelligence. Razširjeno znanje. Dostopite tukaj.
- PlatoESG. Ogljik, CleanTech, Energija, Okolje, sončna energija, Ravnanje z odpadki. Dostopite tukaj.
- PlatoHealth. Obveščanje o biotehnologiji in kliničnih preskušanjih. Dostopite tukaj.
- vir: https://insidehpc.com/2023/09/mit-qubit-architecture-achieves-progress-on-quantum-error-correction/
- :ima
- : je
- :ne
- 10
- 100
- 13
- 2023
- 25
- 9
- a
- sposobnost
- Sposobna
- O meni
- nad
- Račun
- Akumulirajte
- natančnost
- natančna
- Doseči
- Dosega
- dejansko
- Adam
- dodajanje
- Poleg tega
- naslavljanje
- Dodaja
- napredovanje
- Prednosti
- algoritmi
- vsi
- Prav tako
- znesek
- an
- Analiza
- in
- Še ena
- kaj
- se prikaže
- primerno
- aplikacije
- pristop
- Arhitektura
- SE
- Army
- AS
- Sodelavec
- At
- Avtor
- stran
- ozadje
- BE
- ker
- bilo
- pred
- Verjemite
- Boljše
- med
- Poleg
- milijardah
- povečanje
- izgradnjo
- Building
- Gradi
- vendar
- by
- klic
- CAN
- zmožnost
- Vzrok
- center
- ceo
- nekatere
- spremenite
- Chaos
- čip
- Zapri
- Kode
- sodelovanje
- komercialna
- komercialno
- Skupno
- pogosto
- skupnost
- podjetje
- računanje
- računalnik
- Računalništvo
- računalniki
- računalništvo
- Koncept
- Connect
- povezane
- gradnjo
- Prispevek
- bi
- par
- desetletje
- Defense
- izkazati
- Dokazano
- odvisno
- Oblikovanje
- Odkrivanje
- razvili
- smer
- neposredno
- Direktor
- do
- med
- prizadevanja
- bodisi
- Elektronika
- element
- omogočajo
- omogočena
- omogoča
- konec
- Inženiring
- dovolj
- Celotna
- Napaka
- napake
- bistvena
- Tudi
- presežena
- presega
- poskus
- strokovno znanje
- Pojasni
- eksponentno
- izredno
- dejavniki
- FAIL
- daleč
- hitreje
- zvestoba
- Polje
- prva
- prvič
- za
- Naprej
- je pokazala,
- Fundacija
- Ustanovljeno
- polno
- stvarno
- Poleg tega
- Gates
- dobro
- diplomiral
- veliko
- več
- skupina
- Imajo
- ob
- he
- Henry
- tukaj
- visokozmogljivo
- visoka kvaliteta
- več
- najvišja
- poudarjanje
- zelo
- njegov
- Kako
- Vendar
- HTTPS
- IBM
- if
- takoj
- izvajati
- izvajali
- Pomembno
- izboljšanje
- in
- Povečajte
- Posamezno
- posamezniki
- industrijske
- Podatki
- interakcije
- interakcije
- v
- uvesti
- IT
- ITS
- pridružite
- znano
- korea
- Kyle
- Laboratorij
- obsežne
- Zadnja
- vodi
- Vodja
- Interesenti
- Stopnja
- življenjska doba
- kot
- Lincoln
- živi
- logično
- Long
- več
- izgubil
- Sklop
- nizka
- Znamka
- Način
- več
- zrel
- max
- max širine
- merjenje
- ukrepe
- Metode
- Bližnji
- zmanjša
- MIT
- več
- veliko
- morajo
- nacionalni
- potrebna
- Novo
- novice
- Naslednja
- hrup
- roman
- zdaj
- Številka
- številke
- se pojavljajo
- of
- off
- Office
- on
- ONE
- Delovanje
- operacije
- or
- izvira
- Ostalo
- drugi
- naši
- ven
- več kot uspešen
- Splošni
- Papir
- del
- pot
- odstotkov
- Izvedite
- performance
- opravljeno
- Dr.
- Fizika
- Načrt
- platon
- Platonova podatkovna inteligenca
- PlatoData
- mogoče
- praksa
- v prvi vrsti
- verjetno
- problem
- Postopek
- Učitelj
- Program
- Napredek
- Obljuba
- obetaven
- spodbujanje
- če
- Potiskanje
- Kvantna
- Kvantni računalnik
- kvantni računalniki
- kvantno računalništvo
- kvantno odpravljanje napak
- kvantni sistemi
- qubit
- qubits
- hitro
- Cene
- uresničitev
- Pred kratkim
- zmanjšuje
- relativno
- pomembno
- poročilo
- Poročila
- Raziskave
- raziskovalci
- odpornost
- Rezultati
- pregleda
- Pravica
- robusten
- soba
- Run
- s
- Enako
- pravi
- luske
- skaliranje
- Znanost
- Znanstvenik
- Išče
- na videz
- višji
- Serija
- več
- shouldnt
- je pokazala,
- pokazale
- Razstave
- sam
- majhna
- Nekaj
- posebna
- posebej
- Osebje
- začne
- zagon
- Država
- Države
- Korak
- Še vedno
- Zgodba
- močnejši
- Močno
- študent
- Študenti
- Študije
- taka
- superprevodni
- podpora
- preseči
- sistem
- sistemi
- Bodite
- Naloga
- skupina
- Tehnologije
- težava
- Pogoji
- kot
- da
- O
- informacije
- Država
- njihove
- Njih
- sami
- Tukaj.
- te
- jih
- mislim
- ta
- mislil
- Prag
- skozi
- vezana
- čas
- krat
- do
- danes
- današnje
- skupaj
- tradicionalna
- poskuša
- dva
- tip
- tipično
- nas
- nezaželen
- uporaba
- Rabljeni
- uporabo
- uporablja
- različica
- različice
- preživetja
- Warren
- je
- način..
- we
- Dobro
- so bili
- Kaj
- kdaj
- ki
- medtem
- WHO
- william
- z
- delo
- deluje
- vredno
- bi
- Napisal
- let
- še
- Vi
- zefirnet