25 september 2023 — MIT-forskare rapporterar att de har demonstrerat en ny supraledande qubit-arkitektur som kan utföra operationer mellan qubits med större noggrannhet, och adresserar en vägspärr för kommersiell användning av kvantdatorer: felkorrigering.
Forskarna använde en relativt ny typ av supraledande qubit, känd som fluxonium, som kan ha en livslängd som är längre än mer vanliga supraledande qubits. För att förverkliga löftet eller kvantberäkningen måste kvantversioner av felkorrigeringskoder kunna redogöra för beräkningsfel snabbare än de inträffar. Men dagens kvantdatorer är ännu inte tillräckligt robusta för att realisera sådan felkorrigering i kommersiellt relevanta skalor.
Arkitekturen som används av MIT-forskarna involverar ett speciellt kopplingselement mellan två fluxonium-qubits som gör det möjligt för dem att utföra logiska operationer, så kallade grindar, på ett mycket exakt sätt. Det undertrycker en typ av oönskad bakgrundsinteraktion som kan introducera fel i kvantoperationer.
Detta tillvägagångssätt möjliggjorde två-qubit-grindar som översteg 99.9 procents noggrannhet och single-qubit-grindar med 99.99 procents noggrannhet. Dessutom implementerade forskarna denna arkitektur på ett chip med hjälp av en utdragbar tillverkningsprocess.
”Att bygga en storskalig kvantdator börjar med robusta qubits och grindar. Vi visade ett mycket lovande två-qubit-system och presenterade dess många fördelar för skalning. Vårt nästa steg är att öka antalet qubits”, säger Leon Ding PhD '23, som var doktorand i fysik i gruppen Engineering Quantum Systems (EQuS) och är huvudförfattare till en artikel om denna arkitektur.
Ding skrev uppsatsen med Max Hays, en EQuS postdoc; Youngkyu Sung PhD '22; Bharath Kannan PhD '22, som nu är VD för Atlantic Quantum; Kyle Serniak, en personalforskare och teamledare vid MIT Lincoln Laboratory; och senior författare William D. Oliver, Henry Ellis Warren professor i elektroteknik och datavetenskap och fysik, chef för Center for Quantum Engineering, ledare för EQuS och biträdande direktör för Research Laboratory of Electronics; såväl som andra vid MIT och MIT Lincoln Laboratory. Forskningen visas idag i Fysisk granskning X.
Ny version av Fluxonium Qubit
I en klassisk dator är grindar logiska operationer som utförs på bitar (en serie av 1:or och 0:or) som möjliggör beräkning. Portar in kvantkalkylering kan tänkas på samma sätt - en enda qubit-grind är en logisk operation på en qubit, medan en två-qubit-grind är en operation som beror på tillstånden för två anslutna qubits.
Fidelity mäter noggrannheten hos kvantoperationer som utförs på dessa grindar. Portar med högsta möjliga trohet är väsentliga eftersom kvantfel ackumuleras exponentiellt. Med miljarder kvantoperationer som sker i ett storskaligt system kan en till synes liten mängd fel snabbt få hela systemet att misslyckas.
I praktiken skulle man använda felkorrigeringskoder för att uppnå så låga felfrekvenser. Det finns dock en "trohetströskel" som verksamheten måste överträffa för att implementera dessa koder. Vidare minskar det omkostnader som behövs för att implementera felkorrigeringskoder genom att trycka på troheterna långt över denna tröskel.
I mer än ett decennium har forskare i första hand använt transmon-qubits i sina ansträngningar att bygga kvantdatorer. En annan typ av supraledande qubit, känd som en fluxonium qubit, har sitt ursprung på senare tid. Fluxonium qubits har visat sig ha längre livslängder, eller koherenstider, än transmon qubits.
Koherenstid är ett mått på hur länge en qubit kan utföra operationer eller köra algoritmer innan all information i qubiten går förlorad.
"Ju längre en qubit lever, desto högre trohet tenderar den att främja. Dessa två siffror är sammanbundna. Men det har varit oklart, även när fluxonium qubits själva presterar ganska bra, om du kan utföra bra grindar på dem, säger Ding.
För första gången hittade Ding och hans medarbetare ett sätt att använda dessa qubits med längre livslängd i en arkitektur som kan stödja extremt robusta high-fidelity-portar. I sin arkitektur kunde fluxonium-qubitarna uppnå koherenstider på mer än en millisekund, cirka 10 gånger längre än traditionella transmon-qubits.
"Under de senaste åren har det förekommit flera demonstrationer av fluxonium som överträffar transmons på en-qubit-nivå", säger Hays. "Vårt arbete visar att denna prestandaökning kan utökas till interaktioner mellan qubits också."
Fluxonium-qubitarna utvecklades i ett nära samarbete med MIT Lincoln Laboratory, (MIT-LL), som har expertis inom design och tillverkning av utvidgbara supraledande qubit-teknologier.
"Det här experimentet var exemplariskt för vad vi kallar "one-team-modellen": det nära samarbetet mellan EQuS-gruppen och det supraledande qubit-teamet på MIT-LL, säger Serniak. "Det är värt att särskilt lyfta fram bidraget från tillverkningsteamet vid MIT-LL - de utvecklade förmågan att konstruera täta arrayer av mer än 100 Josephson-korsningar specifikt för fluxonium och andra nya qubit-kretsar."
En starkare koppling
Deras nya arkitektur involverar en krets som har två fluxonium-qubits i vardera änden, med en avstämbar transmon-kopplare i mitten för att sammanfoga dem. Denna fluxonium-transmon-fluxonium (FTF) arkitektur möjliggör en starkare koppling än metoder som direkt kopplar två fluxonium qubits.
FTF minimerar också oönskade interaktioner som uppstår i bakgrunden under kvantoperationer. Vanligtvis kan starkare kopplingar mellan qubits leda till mer av detta ihållande bakgrundsljud, känt som statiska ZZ-interaktioner. Men FTF-arkitekturen åtgärdar detta problem.
Förmågan att undertrycka dessa oönskade interaktioner och de längre koherenstiderna för fluxonium-qubits är två faktorer som gjorde det möjligt för forskarna att visa en qubit-gatefidelitet på 99.99 procent och två-qubit-gatefidelitet på 99.9 procent.
Dessa grindtillförlitligheter ligger långt över det tröskelvärde som behövs för vissa vanliga felkorrigeringskoder och bör möjliggöra feldetektering i större system.
"Kvantfelskorrigering bygger systemets motståndskraft genom redundans. Genom att lägga till fler qubits kan vi förbättra systemets övergripande prestanda, förutsatt att qubitarna individuellt är "tillräckligt bra". Tänk på att försöka utföra en uppgift med ett rum fullt av dagisbarn. Det är mycket kaos, och att lägga till fler dagisbarn kommer inte att göra det bättre”, förklarar Oliver. "Men flera mogna doktorander som arbetar tillsammans leder till prestationer som överträffar någon av individerna - det är tröskelbegreppet. Även om det fortfarande finns mycket att göra för att bygga en utbyggbar kvantdator, börjar det med att ha högkvalitativa kvantoperationer som ligger långt över tröskeln.”
Med utgångspunkt i dessa resultat grundade Ding, Sung, Kannan, Oliver och andra nyligen en startup för kvantdatorer, Atlantic Quantum. Företaget strävar efter att använda fluxonium-qubits för att bygga en livskraftig kvantdator för kommersiella och industriella applikationer.
"Dessa resultat är omedelbart tillämpliga och kan förändra hela fältets tillstånd. Detta visar samhället att det finns en alternativ väg framåt. Vi är övertygade om att den här arkitekturen, eller något sånt här med fluxonium-qubits, visar mycket lovande när det gäller att faktiskt bygga en användbar, feltolerant kvantdator, säger Kannan.
Även om en sådan dator fortfarande förmodligen är 10 år bort, är denna forskning ett viktigt steg i rätt riktning, tillägger han. Därefter planerar forskarna att demonstrera fördelarna med FTF-arkitekturen i system med mer än två anslutna qubits.
Detta arbete finansierades delvis av US Army Research Office, Undersecretary of Defense for Research and Engineering, ett IBM PhD-stipendium, Korea Foundation for Advance Studies och National Defense Science and Engineering Graduate Fellowship Program.
Källa: Detta är en reviderad version av en berättelse av Adam Zewe, MIT News
- SEO-drivet innehåll och PR-distribution. Bli förstärkt idag.
- PlatoData.Network Vertical Generative Ai. Styrka dig själv. Tillgång här.
- PlatoAiStream. Web3 Intelligence. Kunskap förstärkt. Tillgång här.
- Platoesg. Kol, CleanTech, Energi, Miljö, Sol, Avfallshantering. Tillgång här.
- PlatoHealth. Biotech och kliniska prövningar Intelligence. Tillgång här.
- Källa: https://insidehpc.com/2023/09/mit-qubit-architecture-achieves-progress-on-quantum-error-correction/
- : har
- :är
- :inte
- 10
- 100
- 13
- 2023
- 25
- 9
- a
- förmåga
- Able
- Om oss
- ovan
- Konto
- Ackumulera
- noggrannhet
- exakt
- Uppnå
- uppnår
- faktiskt
- Adam
- tillsats
- Dessutom
- adresse
- Lägger
- avancera
- fördelar
- algoritmer
- Alla
- också
- mängd
- an
- analys
- och
- Annan
- vilken som helst
- visas
- tillämplig
- tillämpningar
- tillvägagångssätt
- arkitektur
- ÄR
- Armé
- AS
- Associate
- At
- Författaren
- bort
- bakgrund
- BE
- därför att
- varit
- innan
- tro
- Bättre
- mellan
- Bortom
- miljarder
- lyft
- SLUTRESULTAT
- Byggnad
- bygger
- men
- by
- Ring
- KAN
- kapacitet
- Orsak
- Centrum
- VD
- vissa
- byta
- Kaos
- chip
- Stäng
- koder
- samverkan
- kommersiella
- kommersiellt
- Gemensam
- vanligen
- samfundet
- företag
- beräkning
- dator
- Datavetenskap
- datorer
- databehandling
- begrepp
- Kontakta
- anslutna
- konstruera
- bidrag
- kunde
- Par
- årtionde
- Försvar
- demonstrera
- demonstreras
- beror
- Designa
- Detektering
- utvecklade
- riktning
- direkt
- Direktör
- do
- under
- ansträngningar
- antingen
- Elektronik
- elementet
- möjliggöra
- aktiverad
- möjliggör
- änden
- Teknik
- tillräckligt
- Hela
- fel
- fel
- väsentlig
- Även
- överskrids
- överstiger
- experimentera
- expertis
- Förklarar
- exponentiellt
- extremt
- faktorer
- MISSLYCKAS
- långt
- snabbare
- trohet
- fält
- Förnamn
- första gången
- För
- Framåt
- hittade
- fundament
- Grundad
- full
- förbetalt
- Vidare
- grindar
- god
- uppgradera
- stor
- större
- Grupp
- Har
- har
- he
- henry
- här.
- högpresterande
- hög kvalitet
- högre
- högsta
- belysa
- höggradigt
- hans
- Hur ser din drömresa ut
- Men
- HTTPS
- IBM
- if
- blir omedelbart
- genomföra
- genomföras
- med Esport
- förbättra
- in
- Öka
- Individuellt
- individer
- industriell
- informationen
- interaktion
- interaktioner
- in
- införa
- IT
- DESS
- delta
- känd
- korea
- kyle
- laboratorium
- storskalig
- Efternamn
- leda
- ledare
- Leads
- Nivå
- livslängd
- tycka om
- Lincoln
- Bor
- logisk
- Lång
- längre
- förlorat
- Lot
- Låg
- göra
- sätt
- många
- mogen
- max
- max-bredd
- mäta
- åtgärder
- metoder
- Mitten
- minimerar
- MIT
- mer
- mycket
- måste
- nationell
- behövs
- Nya
- nyheter
- Nästa
- Brus
- roman
- nu
- antal
- nummer
- förekommande
- of
- sänkt
- Office
- on
- ONE
- drift
- Verksamhet
- or
- ursprung
- Övriga
- Övrigt
- vår
- ut
- presterande bättre än
- övergripande
- Papper
- del
- bana
- procent
- Utföra
- prestanda
- utfört
- phd
- Fysik
- Planen
- plato
- Platon Data Intelligence
- PlatonData
- möjlig
- praktiken
- primärt
- förmodligen
- Problem
- process
- Professor
- Program
- Framsteg
- löfte
- lovande
- främja
- förutsatt
- Tryckande
- Quantum
- Kvantdator
- kvantdatorer
- kvantkalkylering
- kvantfelkorrigering
- kvantsystem
- qubit
- kvantbitar
- snabbt
- rates
- inser
- nyligen
- minskar
- relativt
- relevanta
- rapport
- Rapport
- forskning
- forskare
- motståndskraft
- Resultat
- översyn
- höger
- robusta
- Rum
- Körning
- s
- Samma
- säger
- skalor
- skalning
- Vetenskap
- Forskare
- Söker
- till synes
- senior
- Serier
- flera
- skall
- visade
- visas
- Visar
- enda
- Small
- något
- speciell
- specifikt
- Personal
- startar
- start
- Ange
- Stater
- Steg
- Fortfarande
- Historia
- starkare
- starkt
- student
- Studenter
- studier
- sådana
- supraledande
- stödja
- överträffa
- system
- System
- Ta
- uppgift
- grupp
- Tekniken
- tenderar
- villkor
- än
- den där
- Smakämnen
- den information
- Staten
- deras
- Dem
- sig själva
- Där.
- Dessa
- de
- tror
- detta
- trodde
- tröskelvärde
- Genom
- Bunden
- tid
- gånger
- till
- i dag
- dagens
- tillsammans
- traditionell
- försöker
- två
- Typ
- typiskt
- oss
- oönskade
- användning
- Begagnade
- med hjälp av
- utnyttjas
- version
- versioner
- genomförbar, livskraftig
- Warren
- var
- Sätt..
- we
- VÄL
- były
- Vad
- när
- som
- medan
- VEM
- William
- med
- Arbete
- arbetssätt
- värt
- skulle
- skrev
- år
- ännu
- Om er
- zephyrnet