25 вересня 2023 р. — Дослідники Массачусетського технологічного інституту повідомляють, що вони продемонстрували нову надпровідну архітектуру кубітів, яка може виконувати операції між кубітами з більшою точністю, усуваючи перешкоду на шляху до комерційного використання квантових комп’ютерів: виправлення помилок.
Дослідники використали відносно новий тип надпровідних кубітів, відомих як флуксоній, термін служби яких може бути довшим, ніж надпровідні кубіти, які зазвичай використовуються. Щоб реалізувати обіцянки або квантові обчислення, квантові версії кодів виправлення помилок повинні мати можливість враховувати обчислювальні помилки швидше, ніж вони виникають. Однак сучасні квантові комп’ютери ще недостатньо надійні, щоб реалізувати таке виправлення помилок у комерційно значущих масштабах.
Архітектура, яку використовують дослідники Массачусетського технологічного інституту, включає спеціальний елемент зв’язку між двома кубітами флуксонію, який дозволяє їм виконувати логічні операції, відомі як ворота, дуже точно. Він пригнічує тип небажаної фонової взаємодії, яка може внести помилки в квантові операції.
Цей підхід дозволив створювати двокубітові вентилі з точністю понад 99.9 відсотка, а однокубітові – з точністю 99.99 відсотка. Крім того, дослідники реалізували цю архітектуру на чіпі, використовуючи розширюваний процес виготовлення.
«Створення великомасштабного квантового комп’ютера починається з надійних кубітів і вентилів. Ми продемонстрували багатообіцяючу двокубітну систему та розповіли про її численні переваги для масштабування. Наш наступний крок — збільшити кількість кубітів», — говорить Леон Дін, доктор філософії '23, який був аспірантом з фізики в групі Engineering Quantum Systems (EQuS) і є провідним автором статті про цю архітектуру.
Дінг написав статтю разом із Максом Хейсом, постдоктом EQuS; Youngkyu Sung PhD '22; Бхарат Каннан PhD '22, який зараз є генеральним директором Atlantic Quantum; Кайл Серняк, науковий співробітник і керівник групи в лабораторії Лінкольна MIT; і старший автор Вільям Д. Олівер, професор електротехніки, комп’ютерних наук і фізики імені Генрі Елліса Уоррена, директор Центру квантової інженерії, керівник EQuS і заступник директора Дослідницької лабораторії електроніки; а також інші в MIT і MIT Lincoln Laboratory. Дослідження з’являється сьогодні в Фізичний огляд X.
Новий погляд на флуксонієвий кубіт
У класичному комп’ютері вентилі — це логічні операції, що виконуються над бітами (серія 1 і 0), які дозволяють обчислення. Ворота в квантові обчислення можна розглядати таким же чином — однокубітний гейт є логічною операцією над одним кубітом, а двокубітний гейт — це операція, яка залежить від станів двох з’єднаних кубітів.
Точність вимірює точність квантових операцій, що виконуються на цих воротах. Ворота з максимально можливою точністю є важливими, оскільки квантові помилки накопичуються експоненціально. З мільярдами квантових операцій, що відбуваються у великомасштабній системі, невелика, здавалося б, помилка може швидко призвести до збою всієї системи.
На практиці можна було б використовувати коди виправлення помилок, щоб досягти таких низьких рівнів помилок. Однак існує «поріг вірності», який операції повинні перевищити, щоб реалізувати ці коди. Крім того, підвищення точності набагато вище цього порогу зменшує накладні витрати, необхідні для впровадження кодів виправлення помилок.
Більше десяти років дослідники в основному використовували трансмон-кубіти у своїх зусиллях по створенню квантових комп’ютерів. Інший тип надпровідних кубітів, відомий як флюксонієвий кубіт, виник нещодавно. Було показано, що кубіти флуксонію мають довшу тривалість життя або час когерентності, ніж трансмон-кубіти.
Час когерентності — це міра того, як довго кубіт може виконувати операції або запускати алгоритми, перш ніж уся інформація в кубіті буде втрачена.
«Чим довше живе кубіт, тим вища точність операцій, які він, як правило, сприяє. Ці два числа пов’язані разом. Але було незрозуміло, навіть якщо кубіти флуксонію самі по собі працюють досить добре, чи можна виконати для них хороші ворота», — каже Дінг.
Вперше Дін та його співробітники знайшли спосіб використовувати ці довговічні кубіти в архітектурі, яка може підтримувати надзвичайно надійні високоточні ворота. У своїй архітектурі флуксонієві кубіти змогли досягти часу когерентності більше мілісекунди, приблизно в 10 разів довше, ніж традиційні трансмон-кубіти.
«За останні пару років було кілька демонстрацій того, що флуксоній перевершує трансмони на рівні одного кубіта», — каже Хейс. «Наша робота показує, що це підвищення продуктивності також можна поширити на взаємодію між кубітами».
Флуксонієві кубіти були розроблені в тісній співпраці з Лабораторією Лінкольна Массачусетського технологічного інституту (MIT-LL), яка має досвід у розробці та виготовленні технологій розширюваних надпровідних кубітів.
«Цей експеримент був прикладом того, що ми називаємо «моделлю однієї команди»: тісна співпраця між групою EQuS і командою надпровідних кубітів в MIT-LL», — каже Серняк. «Тут варто особливо підкреслити внесок виробничої групи в MIT-LL — вони розробили можливість створювати щільні масиви з понад 100 джозефсонівських з’єднань спеціально для флуксонієвих та інших нових схем кубітів».
Міцніший зв’язок
Їх нова архітектура включає в себе схему, яка має два кубіти флуксонію на обох кінцях, з настроюваним трансмон-зв’язувачем посередині, щоб з’єднати їх разом. Ця архітектура флуксоній-трансмон-флуксоній (FTF) забезпечує сильніший зв’язок, ніж методи, які безпосередньо з’єднують два кубіти флуксонію.
FTF також мінімізує небажані взаємодії, які відбуваються у фоновому режимі під час квантових операцій. Як правило, сильніші зв’язки між кубітами можуть призвести до збільшення цього стійкого фонового шуму, відомого як статична ZZ взаємодія. Але архітектура FTF вирішує цю проблему.
Здатність пригнічувати ці небажані взаємодії та довший час когерентності кубітів флуксонію є двома факторами, які дозволили дослідникам продемонструвати точність однокубітного затвора на 99.99 відсотка та точність двох кубітів на 99.9 відсотка.
Ці точності воріт значно перевищують поріг, необхідний для певних загальних кодів виправлення помилок, і повинні дозволити виявлення помилок у системах більшого масштабу.
«Квантова корекція помилок створює стійкість системи завдяки резервуванню. Додавши більше кубітів, ми можемо покращити загальну продуктивність системи, за умови, що кубіти індивідуально «достатньо хороші». Подумайте про спробу виконати завдання з кімнатою, повною дітей дитячого садка. Це великий хаос, і додавання нових вихованців не покращить ситуацію», – пояснює Олівер. «Однак спільна робота кількох зрілих аспірантів призводить до продуктивності, яка перевищує результати будь-якої окремої людини — це порогова концепція. Хоча для створення розширюваного квантового комп’ютера ще багато чого потрібно зробити, все починається з високоякісних квантових операцій, які значно перевищують порогове значення».
Спираючись на ці результати, Дін, Сунг, Каннан, Олівер та інші нещодавно заснували стартап із квантових обчислень, Атлантичний квант. Компанія прагне використовувати кубіти флуксонію для створення життєздатного квантового комп’ютера для комерційного та промислового застосування.
«Ці результати застосовуються негайно і можуть змінити стан усього поля. Це показує спільноті, що є альтернативний шлях вперед. Ми твердо віримо, що ця архітектура або щось на кшталт цього з використанням флуксонієвих кубітів демонструє великі перспективи з точки зору фактичного створення корисного, стійкого до збоїв квантового комп’ютера», – каже Каннан.
Незважаючи на те, що до створення такого комп’ютера залишилося ще 10 років, це дослідження є важливим кроком у правильному напрямку, додає він. Далі дослідники планують продемонструвати переваги архітектури FTF в системах з більш ніж двома підключеними кубітами.
Ця робота була частково профінансована Дослідницьким офісом армії США, заступником міністра оборони з питань досліджень та інженерії, стипендією IBM PhD, Корейським фондом передових досліджень та Національною програмою стипендій для випускників оборонних наук та інженерії.
Джерело: це переглянута версія оповідання Адама Зеве, Новини MIT
- 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. вуглець, CleanTech, Енергія, Навколишнє середовище, Сонячна, Поводження з відходами. Доступ тут.
- PlatoHealth. Розвідка про біотехнології та клінічні випробування. Доступ тут.
- джерело: https://insidehpc.com/2023/09/mit-qubit-architecture-achieves-progress-on-quantum-error-correction/
- : має
- :є
- : ні
- 10
- 100
- 13
- 2023
- 25
- 9
- a
- здатність
- Здатний
- МЕНЮ
- вище
- рахунки
- Накопичуватися
- точність
- точний
- Achieve
- Досягає
- насправді
- Адам
- додати
- доповнення
- адресація
- Додає
- просування
- Переваги
- алгоритми
- ВСІ
- Також
- кількість
- an
- аналіз
- та
- Інший
- будь-який
- з'являється
- застосовно
- застосування
- підхід
- архітектура
- ЕСТЬ
- армія
- AS
- Юрист
- At
- автор
- геть
- фон
- BE
- оскільки
- було
- перед тим
- Вірити
- Краще
- між
- За
- мільярди
- підвищення
- будувати
- Створюємо
- Будує
- але
- by
- call
- CAN
- можливості
- Викликати
- Центр
- Генеральний директор
- певний
- зміна
- хаос
- чіп
- близько
- Коди
- співробітництво
- комерційний
- комерційно
- загальний
- зазвичай
- співтовариство
- компанія
- обчислення
- комп'ютер
- Інформатика
- комп'ютери
- обчислення
- концепція
- З'єднуватися
- підключений
- будувати
- внесок
- може
- Пара
- десятиліття
- оборони
- демонструвати
- продемонстрований
- залежить
- дизайн
- Виявлення
- розвиненою
- напрям
- безпосередньо
- Директор
- do
- під час
- зусилля
- або
- електроніка
- елемент
- включіть
- включений
- дозволяє
- кінець
- Машинобудування
- досить
- Весь
- помилка
- помилки
- істотний
- Навіть
- перевищений
- перевищує
- експеримент
- експертиза
- Пояснює
- експоненціально
- надзвичайно
- фактори
- FAIL
- далеко
- швидше
- вірність
- поле
- Перший
- перший раз
- для
- Вперед
- знайдений
- фонд
- Заснований
- Повний
- накопичувальна
- Крім того
- Гейтс
- добре
- випускник
- великий
- великий
- Group
- Мати
- має
- he
- Генрі
- тут
- висока продуктивність
- високоякісний
- вище
- найвищий
- виділивши
- дуже
- його
- Як
- Однак
- HTTPS
- IBM
- if
- негайно
- здійснювати
- реалізовані
- важливо
- удосконалювати
- in
- Augmenter
- Індивідуально
- осіб
- промислові
- інформація
- взаємодія
- Взаємодії
- в
- вводити
- IT
- ЙОГО
- приєднатися
- відомий
- Корея
- затока
- лабораторія
- масштабний
- останній
- вести
- лідер
- Веде за собою
- рівень
- тривалість життя
- як
- Лінкольн
- Місце проживання
- логічний
- Довго
- довше
- втрачений
- серія
- низький
- зробити
- манера
- багато
- зрілий
- Макс
- макс-ширина
- вимір
- заходи
- методика
- Середній
- мінімізує
- MIT
- більше
- багато
- повинен
- National
- необхідний
- Нові
- новини
- наступний
- шум
- роман
- зараз
- номер
- номера
- трапляються
- of
- від
- Office
- on
- ONE
- операція
- операції
- or
- виникла
- Інше
- інші
- наші
- з
- випереджаючий
- загальний
- Папір
- частина
- шлях
- відсотків
- Виконувати
- продуктивність
- виконується
- Вчений ступінь
- Фізика
- план
- plato
- Інформація про дані Платона
- PlatoData
- це можливо
- практика
- в першу чергу
- ймовірно
- Проблема
- процес
- Професор
- програма
- прогрес
- обіцянку
- перспективний
- сприяти
- за умови
- Натискання
- Квантовий
- Квантовий комп'ютер
- квантові комп'ютери
- квантові обчислення
- квантова корекція помилок
- квантові системи
- Кубіт
- кубіти
- швидко
- ставки
- реалізувати
- нещодавно
- знижує
- щодо
- доречний
- звітом
- Звіти
- дослідження
- Дослідники
- пружність
- результати
- огляд
- право
- міцний
- Кімната
- прогін
- s
- то ж
- говорить
- ваги
- Масштабування
- наука
- вчений
- Шукає
- мабуть
- старший
- Серія
- кілька
- Повинен
- показав
- показаний
- Шоу
- один
- невеликий
- що в сім'ї щось
- спеціальний
- конкретно
- Персонал
- починається
- введення в експлуатацію
- стан
- Штати
- Крок
- Як і раніше
- Історія
- більш сильний
- сильно
- студент
- Студентам
- Дослідження
- такі
- надпровідний
- підтримка
- перевершувати
- система
- Systems
- Приймати
- Завдання
- команда
- Технології
- має тенденцію
- terms
- ніж
- Що
- Команда
- інформація
- Держава
- їх
- Їх
- самі
- Там.
- Ці
- вони
- думати
- це
- думка
- поріг
- через
- Зв'язаний
- час
- times
- до
- сьогодні
- сьогоднішній
- разом
- традиційний
- намагається
- два
- тип
- типово
- нас
- небажаний
- використання
- використовуваний
- використання
- використовувати
- версія
- версії
- viable
- кролячий садок
- було
- шлях..
- we
- ДОБРЕ
- були
- Що
- коли
- який
- в той час як
- ВООЗ
- Вільям
- з
- Work
- робочий
- вартість
- б
- пише
- років
- ще
- Ти
- зефірнет