Một Hệ thống mới về “Lỗi Xóa” có thể là Chìa khóa để Sửa Lỗi Lượng tử không?

Một trong những thách thức lớn nhất trong việc phát triển máy tính lượng tử là lỗi sửa chữaN. Các lỗi trong tính toán lượng tử khá phổ biến, chủ yếu là do tiếng ồn môi trường và tính mong manh tổng thể của hệ thống. Những lỗi này có thể gây ra các phép đo không chính xác và làm sai lệch kết quả của lập trình lượng tử. Nhiều công ty, như IBM và Google, đang tìm cách sửa những lỗi này hoặc hiệu chỉnh lại máy tính lượng tử để ít lỗi hơn. Trong một bài báo mới từ Nature Communications, một nhóm từ Đại học Princeton đưa ra một phương pháp thay thế để sửa lỗi bằng cách xem xét một hệ thống được gọi là “lỗi xóa”.

Sửa lỗi lượng tử (QEC) là gì?

Bởi vì qubit, đơn vị cốt lõi của máy tính lượng tử, khá mong manh, chúng dễ bị sai sót. “Vấn đề trọng tâm hiện nay trong tính toán lượng tử là có đủ qubit có độ trung thực cao để thực hiện sửa lỗi lượng tử,” giải thích Jeffrey Thompson, một phó giáo sư tại Đại học Princeton và là trưởng nhóm nghiên cứu về nghiên cứu trong một cuộc phỏng vấn với Công nghệ lượng tử bên trong. Đối với hầu hết các loại sửa lỗi lượng tử (QEC), một thuật toán được sử dụng để xác định và sửa chữa các lỗi trong máy tính lượng tử. Mặc dù các thuật toán này dựa trên các cách tiếp cận toán học, nhưng chúng vẫn chưa hoàn hảo. Như Thompson giải thích: "Trong Tiêu chuẩn sửa lỗi lượng tử, bạn phải xác định cả vị trí và loại lỗi xảy ra trên qubit của mình, từ một tập hợp giới hạn các quan sát, được gọi là phép đo hội chứng ”. Mặc dù các phép đo hội chứng này hữu ích trong việc xác định lỗi, nhưng không phải lúc nào chúng cũng dẫn đến việc sửa lỗi thành công. “Việc sửa lỗi không thành công khi bạn không có đủ thông tin để thực hiện các quyết định này một cách rõ ràng, điều này xảy ra khi có quá nhiều lỗi,” Thompson nói thêm.

Tìm lỗi xóa

Thay vì khắc phục sự cố này bằng cách giảm tổng số lỗi, Thompson và nhóm của ông đã làm việc để xác định lỗi dễ dàng hơn. Họ tìm thấy điều này gần như tình cờ khi đang nghiên cứu cấu trúc của qubit ytterbium. Hai electron ở lớp vỏ ngoài của ytterbium dường như không phải là chìa khóa giúp sửa lỗi. Đi sâu vào các nguyên nhân vật lý của lỗi, các nhà nghiên cứu có thể phát triển một hệ thống mà nguồn gốc của lỗi sẽ xóa hoặc loại bỏ dữ liệu không chính xác. Hệ thống tẩy hoạt động bằng cách liên kết các lỗi lượng tử với sự dịch chuyển năng lượng trong các electron bên ngoài. Thompson gọi hệ thống cụ thể này là “lỗi tẩy xóa” và nó có thể giúp hiển thị nơi dữ liệu không chính xác. Thompson nói: “Lỗi 'tẩy' là một loại đặc biệt từng tiết lộ vị trí của chính nó, vì vậy bạn có thể sử dụng nhiều thông tin về hội chứng hơn để tìm ra loại lỗi. “Điều này cho phép bạn xử lý nhiều lỗi hơn và do đó tăng hiệu suất sửa lỗi”. Lỗi xóa khá phổ biến trong máy tính cổ điển nhưng bây giờ chỉ được xem xét trong máy tính lượng tử.

Sử dụng lỗi tẩy xóa, các nhà nghiên cứu nhận thấy kỹ thuật mới của họ có thể chịu được 4.1% tỷ lệ lỗi, điều này khả thi đối với các máy tính lượng tử hiện nay. Các hệ thống trước đây chỉ có thể chịu được tỷ lệ lỗi 1% trước khi bị áp đảo với tỷ lệ lỗi cao hơn. Thompson tin rằng tỷ lệ phần trăm cao hơn này có thể làm cho một máy tính lượng tử lớn hơn với nhiều qubit hơn có thể trở thành hiện thực. Thompson nói thêm: “Nếu bạn có qubit thiên về lỗi tẩy xóa, bạn không cần nhiều qubit và chúng có thể hoạt động kém hơn. “Đối với một số phạm vi thông số nhất định, các qubit thiên vị xóa có thể yêu cầu ít hơn 10 x hoặc thậm chí 100 lần qubit để đạt được một mức hiệu suất QEC nhất định so với các qubit thông thường.” Đối với nhiều công ty đang tìm cách mở rộng quy mô máy tính lượng tử của họ, một hệ thống xóa lỗi có thể là chìa khóa để đạt được những mục tiêu này. Thompson nói: “Có thể thiết kế lại một cách tinh vi các qubit hiện có để đạt được điều này. "Có rất nhiều sự quan tâm đến ý tưởng này."

Kenna Hughes-Castleberry là nhà văn nhân viên của Inside Quantum Technology và Science Communicator tại JILA (hợp tác giữa Đại học Colorado Boulder và NIST). Những nhịp điệu viết lách của cô ấy bao gồm công nghệ sâu, siêu nghịch đảo và công nghệ lượng tử. Bạn có thể tìm thêm công việc của cô ấy tại trang web của cô ấy: https://kennacastleberry.com/