By Kenna Hughes-Castleberry đăng ngày 24 tháng 2022 năm XNUMX
Do sự mong manh và nhạy cảm với tiếng ồn, máy tính lượng tử vẫn còn một chặng đường dài trước khi chúng có thể được sử dụng rộng rãi hơn. Một trong những thách thức chính trong việc phát triển công nghệ này liên quan đến kiến trúc của nó. Như nhiều kỹ sư đã tìm thấy, qubit trong máy tính lượng tử hoạt động như một đơn vị bộ nhớ và một đơn vị tính toán cùng một lúc. Điều này tạo ra giới hạn về những gì công nghệ có thể làm, vì bộ nhớ lượng tử không thể được sao chép và do đó không thể lưu trữ trong máy tính cổ điển. Do hạn chế này, nhiều nhà phát triển lượng tử cho rằng các qubit trong máy tính lượng tử phải tương tác với nhau tốt hơn để chia sẻ thông tin bộ nhớ. nghiên cứu mới từ trường đại học Innsbruck đề xuất một kiến trúc mới cho máy tính lượng tử. Kiến trúc này, được gọi là kiến trúc LHZ theo tên các nhà nghiên cứu Wolfgang Lechner, Phillip Hauke và Peter Zoller, được thiết kế đặc biệt để tối ưu hóa nhưng cũng có thể thực hiện các hoạt động chẵn lẻ và sửa lỗi. Kiến trúc cho phép các quá trình này xảy ra khi các qubit vật lý được mã hóa để phối hợp giữa các bit thay vì cho chính các qubit thực tế.
Ph.D. nhà nghiên cứu Micheal Fellner của nhóm nghiên cứu của Lechner. “Điều này khác với các cách tiếp cận thông thường vốn thường yêu cầu chi phí lớn về tài nguyên cổng cho những tương tác này. Để giảm chi phí này, kiến trúc đã triển khai được ghép nối xuống đáng kể. Điều này cho phép kiến trúc LHZ thực hiện các quy trình chẵn lẻ. “Thay vì mã hóa mọi biến bit trực tiếp trong một bit lượng tử (qubit), các qubit trong kiến trúc LHZ thể hiện sự khác biệt (“tương đương”) giữa hai hoặc nhiều khả thi, giúp đơn giản hóa việc triển khai các thuật toán lượng tử nhất định,” Fellner nói thêm. Bằng cách mã hóa các qubit với tính chẵn lẻ này, số lượng qubit cần thiết cho điện toán lượng tử giảm đi, cho phép một phương pháp dễ dàng hơn cho khả năng mở rộng và triển khai, đồng thời đề xuất một cách khả thi để làm cho các máy này trở nên di động hơn.
Theo đuổi sự bình đẳng
Ý tưởng tính chẵn lẻ trên một máy tính lượng tử không thực sự mới. Như Fellner đã giải thích: “Các máy tính lượng tử hiện tại đã thực hiện rất tốt các hoạt động như vậy ở quy mô nhỏ. Tuy nhiên, khi số lượng qubit tăng lên, việc triển khai các hoạt động cổng này ngày càng trở nên phức tạp hơn.” Khi thiết kế kiến trúc LHZ, các nhà nghiên cứu ở Innsbruck đã lên kế hoạch cho vấn đề có thể xảy ra này bằng cách lập trình các qubit của họ theo một cách khác với một máy tính lượng tử thông thường. “Bằng cách khai thác thực tế là các qubit trong Kiến trúc chẵn lẻ mã hóa nhóm tương đối của nhiều qubit 'tiêu chuẩn', nó có thể thực hiện một số hoạt động lượng tử theo cách đơn giản hơn,” Fellner nói thêm. “Trong nghiên cứu gần đây của chúng tôi, chúng tôi đã chỉ ra rằng có thể xây dựng một bộ cổng phổ biến, tức là cho phép một người thực hiện bất kỳ thuật toán nào.” Loại máy tính lượng tử phổ quát này cho thấy những tác động lớn đối với ngành công nghiệp điện toán lượng tử và có thể giúp đẩy nhanh sự phát triển của nó. “Trên hết,” Fellner nói, “người ta có thể khai thác chi phí hoạt động trong số lượng qubit để phát hiện và sửa các lỗi lượng tử có thể xảy ra trong quá trình tính toán.”
Sử dụng Kiến trúc LHZ để giảm thiểu sửa lỗi
Do dễ bị nhiễu, máy tính lượng tử có thể trở nên khá dễ bị lỗi. Một số phương pháp khác nhau đang được thử nghiệm như là cách để giảm thiểu việc sửa lỗi và các nhà nghiên cứu của Innsbruck tin rằng kiến trúc LHZ có thể trợ giúp cho quá trình này. “Lỗi lượng tử có thể được phân thành hai loại, được gọi là lỗi lật bit và lỗi lật pha,” Fellner nói. Kiến trúc LHZ được thiết kế để sửa cả hai. Một loại lỗi, (lỗi lật bit hoặc lỗi pha) được ngăn chặn bởi phần cứng được sử dụng,” các nhà nghiên cứu Annette Messinger và Killian Ender của Innsbruck cho biết thêm. “Các loại lỗi khác có thể được phát hiện và sửa chữa thông qua phần mềm.” Với một phương pháp mạnh mẽ để sửa lỗi và khả năng mở rộng, sẽ không có gì ngạc nhiên khi thấy kiến trúc LHZ bắt đầu được triển khai.
Đã là công ty phụ do Lechner và Magdalena Hauser đồng sáng lập, được gọi là chẵn lẻQC, đang làm việc với các nhà nghiên cứu tại Innsbruck và những nơi khác để thử và sử dụng kiến trúc mới 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.