Вступ
У світі квантової корекції помилок за короля приходить аутсайдер.
Минулого тижня нове моделювання двох груп повідомило, що зростаючий клас квантових кодів з виправленням помилок на порядок ефективніший, ніж поточний золотий стандарт, відомий як поверхневий код. Усі коди працюють шляхом перетворення орди кубітів, схильних до помилок, у набагато меншу групу «захищених» кубітів, які рідко роблять помилки. Але в двох симуляціях коди перевірки парності з низькою щільністю — або LDPC — можуть створювати захищені кубіти з у 10-15 разів меншої кількості необроблених кубітів, ніж поверхневий код. Жодна група не реалізувала ці симульовані стрибки в реальному обладнанні, але експериментальні креслення припускають, що ці коди або коди, подібні до них, можуть прискорити появу більш потужних квантових пристроїв.
«Дійсно схоже, що це реалізується», – сказав він Даніель Готтесман Університету Меріленда, який вивчає коди LDPC, але не брав участі в останніх дослідженнях. «Ці [коди] можуть бути практичними речами, які можуть значно покращити нашу здатність створювати квантові комп’ютери».
Класичні комп’ютери працюють на бітах, які рідко дають осічки. Але схожі на частки об’єкти — кубіти — які живлять квантові комп’ютери, втрачають свою квантову моду, коли будь-що штовхає їх із делікатного стану. Щоб спонукати майбутні кубіти до корисності, дослідники планують використовувати квантова корекція помилок, практика використання додаткових кубітів для надлишкового кодування інформації. За духом це схоже на захист повідомлення від статики, промовляючи кожне слово двічі, розподіляючи інформацію між більшою кількістю символів.
Канонічний король
У 1998 році Олексій Китаєв з Каліфорнійського технологічного інституту та Сергій Бравий, тодішній співробітник Інституту теоретичної фізики Ландау в Росії, представили квантовий код поверхні з виправленням помилок. Він організовує кубіти в квадратну сітку та виконує щось на кшталт гри Minesweeper: кожен кубіт з’єднується з чотирма сусідами, тож перевірка призначених допоміжних кубітів дозволяє непомітно стежити за чотирма кубітами, що несуть дані. Залежно від того, чи повертає перевірка 0 чи 1, ви можете зробити висновок, чи деякі сусіди помилилися. Перевіряючи дошку, ви можете визначити, де є помилки, і виправити їх.
Вступ
За допомогою цих перевірок — і більш тонких налаштувань сумнівних кубітів — ви також можете приховати надійний кубіт у всіх кубітах квадратного блоку, що несуть дані, не зовсім тут чи там, а десь усюди. Поки сумнівні кубіти забезпечують безперебійне виконання операцій Сапером, прихований кубіт залишається в безпеці, і ним можна керувати для виконання операцій. Таким чином поверхневий код елегантно об’єднує багато поганих кубітів в єдиний кубіт, який рідко помиляється.
«Мене трохи дратує те, що поверхневий код — це найпростіша річ, яку можна придумати», — сказав Ніколас Брейкман, фізик, який став математиком у Брістольському університеті, який роками намагався вдосконалити схему. «І він працює надзвичайно добре».
Код став золотим стандартом для виправлення помилок; він був дуже толерантним до несправних кубітів, і сітку було легко візуалізувати. У результаті поверхневий код вплинув на дизайн квантових процесорів і квантових дорожніх карт.
«Це було справою, — сказав Барбара Терхал, теоретик квантової інформації в дослідницькому інституті QuTech у Нідерландах. «Це чіп, який ви повинні зробити».
Недоліком поверхневого коду, який ще не повністю продемонстрований на практиці, є невгамовний апетит до кубітів. Щоб надійніше захистити надійний кубіт, потрібні більші блоки неякісних кубітів. А щоб створити кілька захищених кубітів, потрібно зшити кілька блоків. Для дослідників, які мріють запустити квантові алгоритми на багатьох захищених кубітах, це обтяжливий тягар.
У 2013 році Готтесман побачив потенційний вихід із цієї халепи.
Дослідники, зокрема Терхал і Браві, мали це знайдені докази припускаючи, що для плоского коду, який з’єднує лише сусідів із сусідами, поверхневий код працював так добре, як ви могли сподіватися. Але що, якби ви дозволили кожній перевірці зв’язувати віддалені кубіти разом? Теоретики квантової інформації вже почали досліджувати коди з такими «нелокальними» зв’язками, які випадково називають кодами LDPC. (Як не дивно, поверхневий код технічно також є кодом LDPC, але на практиці цей термін часто відноситься до більш екзотичних членів клану з нелокальними перевірками.)
Потім Готтесман показав, що певні коди LDPC можуть бути набагато менш ненажерливими: вони можуть втиснути кілька захищених кубітів в один блок, що допоможе уникнути роздування кубітів поверхневого коду для більших алгоритмів.
Але робота Готтесмана була дуже ідеалізована і вважалася, по суті, нескінченними рої кубітів. Практична проблема полягала в тому, щоб побачити, чи зможуть дослідники зменшити масштаб кодів LDPC для роботи в реальних квантових пристроях, зберігаючи при цьому їхню привабливість.
Демонстрація віртуального захисту
За останні два роки Брейкман та інші дослідники почали ретельно вивчати продуктивність кодів LDPC, які можуть працювати на все менших і менших системах. Сподівалися, що деякі з них підійдуть для сучасних пристроїв, які можуть забезпечити, можливо, 100 необроблених кубітів.
Минулого тижня, команда дослідників з IBM під керівництвом Браві представила симуляцію найменшого та найконкретнішого плану LDPC, заснованого на коді LDPC з маловідомий папір опублікований у 2012 році. Він почався з перевірки поверхневого коду чотирьох сусідніх кубітів і додав два ретельно відібрані «нелокальні» кубіти.
Вони моделювали різні помилки, які могли виникнути якби код запускався на реальній схемі, процес схожий на засунення цифрового винищувача в цифрову аеродинамічну трубу та спостереження за тим, як він літає. І вони виявили, що їхній код може захистити свої надійні кубіти набагато ефективніше, ніж поверхневий код. Під час одного тестового запуску код взяв 288 необроблених кубітів, які вийшли з ладу в 0.1% випадків, і використав їх для створення 12 захищених кубітів з частотою відмов у 10,000 4,000 разів нижчою. Команда підрахувала, що для того ж завдання поверхневий код потребував би понад XNUMX вхідних кубітів.
«Ми були дуже здивовані цим», — сказав Ендрю Кросс, дослідник із команди IBM.
Симуляція дражнить можливість отримати завтрашнє виправлення помилок сьогодні, тому що, хоча ніхто не має доступу до 4,000 кубітів, пристрої з сотнями кубітів вже не за горами.
«Ви можете побачити досить значну відмовостійкість пристроїв, які мають низку кубітів, які ми маємо сьогодні», — сказав Готтесман.
Через день після появи препринтів IBM співпраця дослідників на чолі з кількома установами Михайло Лукін Гарвардського університету і Лян Цзян Чиказького університету опублікував подібні результати. (Дослідники відмовилися обговорювати свою роботу, яку було подано до рецензованого журналу.) Вони зняли пил з двох інших LDPC- Коди, модифікував їх для моделювання та виявив, що їм також потрібна приблизно одна десята кількості вхідних кубітів, щоб створити від десятків до сотень хороших кубітів у порівнянні з поверхневим кодом.
Але побудувати F-35 важче, ніж імітувати F-35, і побудувати пристрій, готовий до коду LDPC, також буде надзвичайно складно. «Дві основні речі можуть зупинити ці речі від фактичного захоплення», — сказав Готтесман.
По-перше, створити нелокальні зв’язки між кубітами важко, особливо для таких компаній, як IBM, які створюють кубіти з нерухомих надпровідних ланцюгів. З’єднання цих ланцюгів із сусідніми є природним, але створення зв’язків між віддаленими кубітами – ні.
Вступ
По-друге, коди LDPC перевершують, коли їхні захищені кубіти використовуються для пам’яті, як це було в симуляції IBM. Але коли справа доходить до використання цих туманних кубітів, що перекриваються, для обчислень, заплутана, нелокальна структура коду значно ускладнює вибір і керування потрібними кубітами.
«Ми знаємо, що в принципі можливо зробити ці обчислення», — сказав Готтесман, який накреслив схему для цього у своїй роботі 2013 року. «Але ми не знаємо, чи можливо зробити це дійсно практичним способом».
Лукін і його колеги зробили скромні кроки до усунення цих основних недоліків. По-перше, команда змоделювала наскрізне обчислення шляхом об’єднання квантової пам’яті, захищеної LDPC, із квантовим процесором, захищеним поверхневим кодом. У цій схемі економія кубітів значною мірою витримала тягар обчислень, але за рахунок того, що обчислення займали більше часу.
Крім того, команда Лукіна адаптувала свої симуляції до типу кубіти вільного роумінгу які є природним пристосуванням для організації зв’язків на великі відстані. На відміну від стаціонарних надпровідних ланцюгів, їх кубіти являють собою атоми, утримувані лазерними променями. Рухаючи лазери, вони можуть привести віддалені кубіти в контакт. «Це чудово для кодів LDPC», — сказав Брейкманн.
Коли — або навіть якщо — коди LDPC стануть практичними, залишається невідомим. Демонстрація десятків надійних кубітів пам’яті, ймовірно, відбудеться щонайменше через кілька років навіть за найоптимальнішим прогнозом, а розрахунки залишаються далі. Але нещодавнє моделювання робить поверхневий код все більше схожим на сходинку на шляху до квантових обчислень, а не на пункт призначення.
«Є причина, чому поверхневий код існує вже 20 років», — сказав Брейкманн. «Це важко перемогти, але тепер у нас є докази того, що ми справді можемо це перемогти».
- Розповсюдження контенту та PR на основі SEO. Отримайте посилення сьогодні.
- PlatoData.Network Vertical Generative Ai. Додайте собі сили. Доступ тут.
- PlatoAiStream. Web3 Intelligence. Розширення знань. Доступ тут.
- ПлатонЕСГ. Автомобільні / електромобілі, вуглець, CleanTech, Енергія, Навколишнє середовище, Сонячна, Поводження з відходами. Доступ тут.
- PlatoHealth. Розвідка про біотехнології та клінічні випробування. Доступ тут.
- ChartPrime. Розвивайте свою торгову гру за допомогою ChartPrime. Доступ тут.
- BlockOffsets. Модернізація екологічної компенсаційної власності. Доступ тут.
- джерело: https://www.quantamagazine.org/new-codes-could-make-quantum-computing-10-times-more-efficient-20230825/
- : має
- :є
- : ні
- :де
- ][стор
- 000
- 1
- 10
- 100
- 12
- 15%
- 1998
- 20
- 20 роки
- 2012
- 2013
- a
- здатність
- МЕНЮ
- AC
- доступ
- фактичний
- насправді
- доданий
- адресація
- після
- алгоритми
- ВСІ
- дозволено
- дозволяє
- по
- вже
- Також
- серед
- кількість
- an
- та
- Ендрю
- все
- з'явився
- апетит
- ЕСТЬ
- навколо
- прибуття
- AS
- At
- уникнути
- геть
- BAND
- заснований
- BE
- стали
- оскільки
- ставати
- було
- почався
- між
- більший
- Блокувати
- блоки
- рада
- сміливий
- приносити
- Брістоль
- Створюємо
- тягар
- але
- by
- розрахунки
- Каліфорнія
- званий
- CAN
- здатний
- обережно
- певний
- виклик
- складні
- символи
- перевірка
- контроль
- Перевірки
- Чикаго
- чіп
- вибраний
- Клан
- клас
- код
- Коди
- співробітництво
- колеги
- приходить
- майбутній
- Компанії
- порівняний
- обчислення
- обчислення
- комп'ютери
- обчислення
- підключений
- З'єднувальний
- Зв'язки
- з'єднує
- вважається
- контакт
- Кут
- Коштувати
- може
- створювати
- створення
- Перетинати
- Поточний
- день
- продемонстрований
- Залежно
- дизайн
- призначені
- бажаний
- призначення
- пристрій
- прилади
- DID
- цифровий
- обговорювати
- do
- справи
- Не знаю
- вниз
- зворотний бік
- безліч
- кожен
- легко
- ефективний
- продуктивно
- кінець в кінець
- помилка
- помилки
- особливо
- по суті
- оцінка
- Навіть
- докази
- точно
- перевершувати
- Виконує
- Екзотичний
- експериментальний
- дослідити
- додатково
- надзвичайно
- не вдалося
- Провал
- далеко
- Показуючи
- кілька
- менше
- відповідати
- виправляти
- плоский
- для
- Прогнози
- знайдений
- чотири
- від
- плодоношення
- повністю
- далі
- майбутнє
- гра
- отримання
- золото
- Золотий Стандарт
- добре
- значно
- сітка
- Group
- Групи
- було
- Жорсткий
- важче
- апаратні засоби
- Гарвард
- Гарвардський університет
- Мати
- очолював
- Герой
- допомога
- тут
- прихований
- приховувати
- дуже
- його
- надія
- Як
- HTTPS
- Сотні
- IBM
- if
- реалізовані
- удосконалювати
- in
- У тому числі
- все більше і більше
- Нескінченний
- під впливом
- інформація
- вхід
- Інститут
- в
- введені
- залучений
- IT
- ЙОГО
- журнал
- просто
- тримати
- King
- Знати
- відомий
- в значній мірі
- більше
- лазер
- лазери
- останній
- стрибки
- найменш
- Led
- менше
- як
- Ймовірно
- LINK
- зв'язку
- Довго
- довше
- ВИГЛЯДИ
- втрачати
- знизити
- made
- журнал
- головний
- зробити
- РОБОТИ
- маніпулювати
- багато
- карти
- Меріленд
- me
- члени
- пам'ять
- повідомлення
- може бути
- Осічка
- помилки
- скромний
- модифікований
- більше
- більш ефективний
- найбільш
- переміщення
- багато
- множинний
- Природний
- Необхідність
- необхідний
- сусіди
- ні
- Нідерланди
- Нові
- немає
- зараз
- номер
- об'єкти
- of
- від
- часто
- on
- ONE
- тільки
- операції
- or
- порядок
- організовує
- Інше
- наші
- з
- над
- паритет
- шлях
- рецензований
- Виконувати
- продуктивність
- виступає
- може бути
- Фізика
- план
- plato
- Інформація про дані Платона
- PlatoData
- можливість
- це можливо
- потенціал
- влада
- Практичний
- практика
- консервування
- первинний
- принцип
- процес
- процесор
- процесори
- захист
- захищений
- захищає
- опублікований
- Квантамагазин
- Квантовий
- квантові алгоритми
- квантові комп'ютери
- квантові обчислення
- квантова корекція помилок
- квантова інформація
- Кубіт
- кубіти
- рідко
- ставка
- швидше
- Сировина
- реальний
- насправді
- причина
- останній
- відноситься
- надійний
- залишатися
- залишається
- Повідомляється
- вимагається
- Вимога
- дослідження
- дослідник
- Дослідники
- результат
- Умови повернення
- право
- підвищення
- дорога
- грубо
- прогін
- біг
- Росія
- сейф
- Зазначений
- то ж
- Економія
- бачив
- шкала
- схема
- побачити
- бачачи
- здається
- показав
- аналогічний
- моделювання
- один
- менше
- плавно
- Шпигувати
- So
- деякі
- що в сім'ї щось
- розмова
- відпрацьований
- дух
- Поширення
- площа
- standard
- почалася
- стан
- заходи
- прилипання
- Стоп
- сильно
- структура
- Дослідження
- представлений
- істотний
- такі
- пропонувати
- надпровідний
- поверхню
- здивований
- Вижили
- Systems
- з урахуванням
- взяття
- Завдання
- команда
- технічно
- Технологія
- тензор
- термін
- тест
- ніж
- Що
- Команда
- інформація
- Нідерланди
- світ
- їх
- Їх
- потім
- теоретичний
- Там.
- Ці
- вони
- річ
- речі
- думати
- це
- ті
- по всьому
- час
- times
- до
- сьогодні
- сьогоднішній
- разом
- терпимість
- занадто
- прийняли
- жорсткий
- до
- перетворення
- тунель
- Опинився
- Двічі
- два
- тип
- Невизначений
- університет
- Чиказький університет
- на відміну від
- представила
- використання
- використовуваний
- використання
- різний
- дуже
- Віртуальний
- було
- шлях..
- we
- webp
- week
- ДОБРЕ
- були
- Що
- коли
- Чи
- який
- в той час як
- ВООЗ
- волі
- вітер
- з
- слово
- Work
- світ
- б
- років
- ще
- Ти
- зефірнет