Máy tính lượng tử có thể vượt qua điện toán thông thường trong các nhiệm vụ thiết yếu, nhưng chúng dễ mắc lỗi mà cuối cùng dẫn đến mất thông tin lượng tử, hạn chế các thiết bị lượng tử ngày nay. Do đó, để đạt được các bộ xử lý thông tin lượng tử quy mô lớn, các nhà khoa học cần phát triển và thực hiện các chiến lược sửa lỗi lượng tử.
Các nhà nghiên cứu tại công ty điện toán lượng tử có trụ sở tại Paris Alice & Bob, cùng với các đồng nghiệp tại ENS–PSL và ENS de Lyon của Pháp, hiện đã đạt được những bước tiến đáng kể hướng tới giải pháp bằng cách tăng cường sự ổn định và kiểm soát cái gọi là qubit mèo. Được đặt theo tên thí nghiệm tưởng tượng nổi tiếng của Erwin Schrödinger, các bit lượng tử này sử dụng các trạng thái kết hợp của bộ cộng hưởng lượng tử làm trạng thái logic của chúng. Qubit Cat hứa hẹn sẽ sửa lỗi lượng tử vì chúng được xây dựng từ các trạng thái kết hợp, khiến chúng trở nên mạnh mẽ về bản chất trước một số loại lỗi nhất định từ môi trường.
Một giao thức đo lường mới
Bit lượng tử mắc phải hai loại lỗi: đảo pha và đảo bit. Trong điện toán lượng tử, lật bit là một lỗi làm thay đổi trạng thái của qubit từ |0⟩ thành |1⟩ hoặc ngược lại, tương tự như lật một bit cổ điển từ 0 thành 1. Ngược lại, lật pha là một lỗi làm thay đổi pha tương đối giữa các thành phần |0⟩ và |1⟩ của trạng thái chồng chất của qubit. Qubit Cat có thể được ổn định để chống lại lỗi lật bit bằng cách ghép qubit với môi trường ưu tiên trao đổi các cặp photon với hệ thống. Điều này tự động chống lại tác động của một số lỗi tạo ra hiện tượng lật bit và đảm bảo rằng trạng thái lượng tử vẫn nằm trong không gian con được sửa lỗi mong muốn. Tuy nhiên, thách thức của việc sửa lỗi lượng tử không chỉ là ổn định qubit. Đó cũng là việc kiểm soát chúng mà không phá vỡ các cơ chế giữ chúng ổn định.
In đầu tiên của một cặp nghiên cứu được đăng trên arXiv máy chủ in trước và chưa được bình duyệt, các nhà nghiên cứu tại Alice & Bob, ENS-PSL và ENS de Lyon đã tìm ra cách tăng thời gian lật bit lên hơn 10 giây – dài hơn bốn bậc so với việc triển khai cat-qubit trước đây – trong khi vẫn kiểm soát hoàn toàn qubit mèo. Họ đã đạt được điều này bằng cách giới thiệu một giao thức đọc không ảnh hưởng đến khả năng bảo vệ lật bit trong qubit mèo của họ, bao gồm sự chồng chất lượng tử của hai trạng thái lượng tử cổ điển bị mắc kẹt trong một bộ cộng hưởng lượng tử siêu dẫn trên một con chip. Điều quan trọng là sơ đồ đo lường mới mà họ nghĩ ra để đọc và kiểm soát các trạng thái qubit này không dựa vào các yếu tố điều khiển vật lý bổ sung, vốn trước đây đã hạn chế thời gian lật bit có thể đạt được.
Các thiết kế thí nghiệm trước đây sử dụng một transmon siêu dẫn – một nguyên tố lượng tử hai cấp – để điều khiển và đọc trạng thái của qubit mèo. Tại đây, các nhà nghiên cứu đã nghĩ ra một sơ đồ điều khiển và đọc mới sử dụng cùng một bộ cộng hưởng phụ cung cấp cơ chế ổn định hai photon cho qubit mèo. Là một phần của kế hoạch này, họ đã triển khai cái gọi là cổng holonomic, biến đổi tính chẵn lẻ của trạng thái lượng tử thành số lượng photon trong bộ cộng hưởng. Tính chẵn lẻ của số photon là một tính chất đặc trưng của qubit mèo: sự chồng chất bằng nhau của hai trạng thái kết hợp chỉ chứa sự chồng chất của số photon chẵn, trong khi cùng một sự chồng chất nhưng có dấu trừ chỉ chứa sự chồng chất của số photon lẻ. Do đó, tính chẵn lẻ cung cấp thông tin về trạng thái của hệ lượng tử.
Thiết kế lại sự ổn định của qubit mèo
Nhóm Alice & Bob đã chuẩn bị và chụp ảnh các trạng thái chồng chất lượng tử đồng thời kiểm soát pha của các chồng chất này và duy trì thời gian lật bit trên 10 giây và thời gian lật pha dài hơn 490 ns. Tuy nhiên, việc hiện thực hóa hoàn toàn một máy tính lượng tử sửa lỗi quy mô lớn dựa trên qubit mèo sẽ không chỉ đòi hỏi khả năng kiểm soát tốt và đọc nhanh mà còn là phương tiện đảm bảo qubit mèo vẫn ổn định đủ lâu để thực hiện tính toán. Các nhà nghiên cứu từ Alice & Bob và ENS de Lyon đã giải quyết nhiệm vụ quan trọng và đầy thách thức này trong nghiên cứu thứ hai.
Để tạo ra một qubit mèo ổn định, hệ thống có thể được điều khiển bằng quy trình hai photon, tiêm các cặp photon trong khi chỉ làm tiêu tan hai photon cùng một lúc. Điều này thường được thực hiện bằng cách ghép qubit mèo với một bộ cộng hưởng phụ và bơm một phần tử gọi là SQUID có luồng không đối xứng (ATS) với các xung vi sóng được điều chỉnh chính xác. Tuy nhiên, cách tiếp cận này đặt ra những hạn chế đáng kể, chẳng hạn như sự tích tụ nhiệt, kích hoạt các quá trình không mong muốn và sự cần thiết của các thiết bị điện tử vi sóng cồng kềnh.
Để giảm thiểu những vấn đề này, các nhà nghiên cứu đã thiết kế lại cơ chế tiêu tán hai photon để không cần bơm bổ sung như vậy. Thay vì ATS, họ đã triển khai qubit mèo ở chế độ bộ dao động siêu dẫn kết hợp với chế độ phụ trợ tổn hao thông qua một phần tử phi tuyến bao gồm nhiều điểm nối Josephson. Nguyên tố Josephson đóng vai trò như một “bộ trộn” giúp có thể khớp chính xác năng lượng của hai photon qubit mèo với năng lượng của một photon trong bộ cộng hưởng phụ. Kết quả là, trong cái gọi là quá trình tự tham số này, các cặp photon trong bộ cộng hưởng qubit mèo được biến đổi thành một photon duy nhất của chế độ đệm mà không cần thêm bất kỳ bơm vi sóng nào.
Bằng cách thiết kế một mạch siêu dẫn có cấu trúc đối xứng, nhóm nghiên cứu có thể ghép một bộ cộng hưởng chất lượng cao với một bộ cộng hưởng chất lượng thấp thông qua cùng một phần tử Josephson. Do đó, họ đã tăng tốc độ tiêu tán của hai photon lên gấp 10 lần so với các kết quả trước đó, với thời gian lật bit gần bằng một giây – trong trường hợp này bị giới hạn bởi transmon. Cần có tốc độ tiêu tán hai photon cao để thao tác qubit nhanh và chu kỳ sửa lỗi ngắn. Đây là những yếu tố quan trọng để sửa các lỗi đảo pha còn lại trong mã lặp lại của qubit mèo.
Các ứng dụng trong tương lai với qubit mèo
Gerhard Kirchmair, một nhà vật lý tại Viện Quang học Lượng tử và Thông tin Lượng tử ở Innsbruck, Áo, người không tham gia vào cả hai nghiên cứu, cho biết cả hai công trình đều mô tả các bước quan trọng hướng tới việc hiện thực hóa một qubit được sửa lỗi hoàn toàn. Kirchmair nói: “Đây là những bước tiếp theo hướng tới việc sửa lỗi hoàn chỉnh. “Họ chứng minh rõ ràng rằng có thể đạt được mức bảo vệ theo cấp số nhân chống lại hiện tượng lật bit trong các hệ thống này, điều này chứng tỏ rằng phương pháp này khả thi để thực hiện sửa lỗi lượng tử hoàn toàn.”
Các nhà nghiên cứu thừa nhận rằng vẫn còn những trở ngại đáng kể. Vì độ chính xác của việc đọc bằng giao thức cổng ba chiều khá hạn chế nên họ muốn tìm cách cải thiện nó. Việc trình diễn các cổng liên quan đến nhiều qubit mèo và kiểm tra xem liệu cơ chế bảo vệ lật bit vốn có có còn hay không sẽ là một bước quan trọng khác. Hơn nữa, với thiết lập thiết bị tự động tham số mới để trao đổi các cặp photon, Raphaël Lescanne, người đồng sáng lập Alice & Bob, dự đoán có thể ổn định một qubit mèo bằng cách sử dụng bốn trạng thái kết hợp khác nhau thay vì chỉ hai. “Mục tiêu của chúng tôi là sử dụng sức mạnh ghép nối phi tuyến tính chưa từng có để ổn định cat-qubit bốn thành phần, điều này sẽ mang lại trên trang web bảo vệ lỗi lật pha cùng với bảo vệ lỗi lật bit,” Lescanne nói.
Tại sao Alice & Bob tạo ra qubit mèo, IOP kêu gọi hành động đối với mục tiêu không có mạng
Kirchmair tin rằng những kết quả này mở đường cho các phương án sửa lỗi phức tạp hơn dựa trên các qubit có độ nhiễu cao này, trong đó tốc độ lật bit thấp hơn nhiều so với tốc độ lật pha còn lại. Kirchmair cho biết: “Các bước tiếp theo sẽ là mở rộng quy mô hệ thống này để sửa lỗi đảo pha, từ đó tạo ra một qubit được sửa lỗi hoàn toàn”. Thế giới vật lý. “Người ta thậm chí có thể tưởng tượng việc kết hợp cả hai cách tiếp cận trong một hệ thống để tận dụng tối đa cả hai kết quả và cải thiện thời gian lật bit hơn nữa.”
- Phân phối nội dung và PR được hỗ trợ bởi SEO. Được khuếch đại ngay hôm nay.
- PlatoData.Network Vertical Generative Ai. Trao quyền cho chính mình. Truy cập Tại đây.
- PlatoAiStream. Thông minh Web3. Kiến thức khuếch đại. Truy cập Tại đây.
- Trung tâmESG. Than đá, công nghệ sạch, Năng lượng, Môi trường Hệ mặt trời, Quản lý chất thải. Truy cập Tại đây.
- PlatoSức khỏe. Tình báo thử nghiệm lâm sàng và công nghệ sinh học. Truy cập Tại đây.
- nguồn: https://physicsworld.com/a/cat-qubits-reach-a-new-level-of-stability/
- :là
- :không phải
- :Ở đâu
- $ LÊN
- 1
- 10
- 160
- 7
- 72
- a
- Có khả năng
- Giới thiệu
- chính xác
- có thể đạt được
- Đạt được
- đạt được
- công nhận
- Hoạt động
- kích hoạt
- thêm vào
- giải quyết
- Sau
- chống lại
- AL
- bắn
- dọc theo
- Ngoài ra
- an
- và
- Một
- dự đoán
- bất kì
- các ứng dụng
- phương pháp tiếp cận
- cách tiếp cận
- tiếp cận
- LÀ
- AS
- At
- Áo
- tự chủ
- lý lịch
- dựa
- BE
- bởi vì
- được
- tin
- BEST
- giữa
- Một chút
- bit
- Đen
- Màu xanh da trời
- ngũ cốc
- cả hai
- Phá vỡ
- đệm
- nhưng
- by
- Cuộc gọi
- CAN
- trường hợp
- CON MÈO
- nhất định
- thách thức
- thách thức
- Những thay đổi
- đặc trưng
- kiểm tra
- Chip
- Rõ ràng
- Nhấp chuột
- Đồng sáng lập
- mã
- mạch lạc
- đồng nghiệp
- kết hợp
- so
- các thành phần
- thỏa hiệp
- tính toán
- máy tính
- máy tính
- máy tính
- Bao gồm
- bao gồm
- xây dựng
- chứa
- điều khiển
- kiểm soát
- thông thường
- chuyển đổi
- chuyển đổi
- sửa chữa
- có thể
- Couple
- kết
- quan trọng
- chủ yếu
- chu kỳ
- de
- chứng minh
- chứng minh
- thể hiện
- mô tả
- mô tả
- Thiết kế
- thiết kế
- thiết kế
- mong muốn
- phát triển
- phát triển
- thiết bị
- Thiết bị (Devices)
- sơ đồ
- khác nhau
- làm
- thực hiện
- nhược điểm
- điều khiển
- E&T
- hiệu ứng
- hay
- Kỹ lưỡng
- Thiết bị điện tử
- thành phần
- các yếu tố
- năng lượng
- tăng cường
- đủ
- ENS
- đảm bảo
- đảm bảo
- Môi trường
- như nhau
- lôi
- lỗi
- thiết yếu
- Ngay cả
- chính xác
- vượt quá
- Sàn giao dịch
- Trao đổi
- thử nghiệm
- thí nghiệm
- số mũ
- mở rộng
- yếu tố
- nổi tiếng
- NHANH
- Tìm kiếm
- Công ty
- Tên
- Lật
- Lật
- Trong
- tìm thấy
- 4
- từ
- Full
- chính thức
- đầy đủ
- xa hơn
- Hơn nữa
- cửa khẩu
- Gates
- tạo ra
- mục tiêu
- tốt
- màu xanh lá
- tay
- Có
- nặng nề
- Được tổ chức
- tại đây
- Cao
- chất lượng cao
- lưu trữ
- Tuy nhiên
- HTTPS
- hình ảnh
- hình ảnh
- thực hiện
- triển khai
- thực hiện
- quan trọng
- nâng cao
- in
- Bao gồm
- tăng
- tăng
- thông tin
- vốn có
- thay vì
- Viện
- trong
- bản chất
- giới thiệu
- tham gia
- liên quan đến
- vấn đề
- IT
- jpg
- chỉ
- Giữ
- quy mô lớn
- dẫn
- Cấp
- Hạn chế
- hạn chế
- dòng
- Danh sách
- hợp lý
- dài
- còn
- sự mất
- thấp hơn
- thực hiện
- Duy trì
- làm cho
- LÀM CHO
- Làm
- Thao tác
- Trận đấu
- max-width
- có nghĩa
- đo lường
- cơ chế
- cơ chế
- Bộ nhớ
- Giảm nhẹ
- Trộn
- Chế độ
- chi tiết
- nhiều
- nhiều
- Được đặt theo tên
- sự cần thiết
- Cần
- cần thiết
- mạng không
- Mới
- tiếp theo
- phi tuyến tính
- tại
- con số
- số
- trở ngại
- of
- cung cấp
- on
- hàng loạt
- ONE
- những
- có thể
- mở
- quang học
- or
- đơn đặt hàng
- Nền tảng khác
- ra
- kết thúc
- đôi
- cặp
- Giấy
- tính chẵn lẻ
- một phần
- mở đường
- đánh giá ngang hàng
- Thực hiện
- người
- giai đoạn
- hình chụp
- Photon
- vật lý
- nhà vật lý
- Vật lý
- Thế giới vật lý
- plato
- Thông tin dữ liệu Plato
- PlatoDữ liệu
- đặt ra
- có thể
- đăng
- Chính xác
- chuẩn bị
- trước
- trước đây
- vấn đề
- quá trình
- Quy trình
- bộ vi xử lý
- hứa hẹn
- tài sản
- bảo vệ
- giao thức
- cung cấp
- máy bơm
- bơm
- Quantum
- Máy tính lượng tử
- Tính toán lượng tử
- sửa lỗi lượng tử
- thông tin lượng tử
- Quang học lượng tử
- chồng chất lượng tử
- qubit
- qubit
- Tỷ lệ
- hơn
- đạt
- Đọc
- Reading
- nhận ra
- nhận ra
- đỏ
- tương đối
- dựa
- dựa vào
- vẫn
- còn lại
- vẫn còn
- yêu cầu
- nhà nghiên cứu
- cộng hưởng
- kết quả
- Kết quả
- mạnh mẽ
- s
- tương tự
- nói
- mở rộng quy mô
- Đề án
- đề án
- các nhà khoa học
- Thứ hai
- giây
- máy chủ
- phục vụ
- thiết lập
- ngắn
- thể hiện
- đăng ký
- có ý nghĩa
- tương tự
- duy nhất
- So
- giải pháp
- một số
- Tính ổn định
- ổn định
- ổn định
- Tiểu bang
- Bang
- Bước
- Các bước
- Vẫn còn
- chiến lược
- sức mạnh
- sải bước
- cấu trúc
- nghiên cứu
- Học tập
- như vậy
- siêu dẫn
- chồng chất
- vượt qua
- hệ thống
- hệ thống
- Nhiệm vụ
- nhiệm vụ
- nhóm
- nói
- 10
- hơn
- việc này
- Sản phẩm
- Nhà nước
- cung cấp their dịch
- Them
- bằng cách ấy
- vì thế
- Kia là
- họ
- điều này
- nghĩ
- Thông qua
- thumbnail
- Như vậy
- thời gian
- thời gian
- đến
- hôm nay
- bên nhau
- đối với
- truyền thống
- chuyển đổi
- biến đổi
- bị mắc kẹt
- đúng
- điều chỉnh
- hai
- loại
- Cuối cùng
- chưa từng có
- không mong muốn
- sử dụng
- đã sử dụng
- sử dụng
- sử dụng
- thường
- ngược lại
- thông qua
- khả thi
- phó
- Xem
- muốn
- là
- Đường..
- cách
- Điều gì
- trong khi
- liệu
- cái nào
- trong khi
- trắng
- CHÚNG TÔI LÀ
- sẽ
- với
- ở trong
- không có
- công trinh
- thế giới
- sẽ
- nhưng
- zephyrnet