Ngày 25 tháng 2023 năm XNUMX - Các nhà nghiên cứu của MIT báo cáo rằng họ đã trình diễn một kiến trúc qubit siêu dẫn mới có thể thực hiện các hoạt động giữa các qubit với độ chính xác cao hơn, giải quyết rào cản đối với việc sử dụng máy tính lượng tử thương mại: sửa lỗi.
Các nhà nghiên cứu đã sử dụng một loại qubit siêu dẫn tương đối mới, được gọi là fluxonium, có thể có tuổi thọ dài hơn các qubit siêu dẫn được sử dụng phổ biến hơn. Để hiện thực hóa lời hứa hoặc điện toán lượng tử, các phiên bản lượng tử của mã sửa lỗi phải có khả năng giải quyết các lỗi tính toán nhanh hơn tốc độ chúng xảy ra. Tuy nhiên, máy tính lượng tử ngày nay vẫn chưa đủ mạnh để thực hiện việc sửa lỗi như vậy ở quy mô phù hợp về mặt thương mại.
Kiến trúc được các nhà nghiên cứu MIT sử dụng bao gồm một phần tử ghép nối đặc biệt giữa hai qubit fluxonium cho phép chúng thực hiện các phép toán logic, được gọi là cổng, với độ chính xác cao. Nó ngăn chặn một loại tương tác nền không mong muốn có thể gây ra lỗi trong các hoạt động lượng tử.
Cách tiếp cận này cho phép các cổng hai qubit có độ chính xác vượt quá 99.9% và các cổng một qubit có độ chính xác 99.99%. Ngoài ra, các nhà nghiên cứu đã triển khai kiến trúc này trên một con chip bằng quy trình chế tạo có thể mở rộng.
“Việc xây dựng một máy tính lượng tử quy mô lớn bắt đầu bằng các qubit và cổng mạnh mẽ. Chúng tôi đã cho thấy một hệ thống hai qubit rất hứa hẹn và đưa ra nhiều lợi thế cho việc mở rộng quy mô. Bước tiếp theo của chúng tôi là tăng số lượng qubit,” Tiến sĩ Leon Ding '23, từng là sinh viên tốt nghiệp vật lý trong nhóm Hệ thống lượng tử kỹ thuật (EQuS) và là tác giả chính của bài báo về kiến trúc này, cho biết.
Ding đã viết bài báo này với Max Hays, một postdoc của EQuS; Tiến sĩ Youngkyu Sung '22; Tiến sĩ Bharath Kannan '22, hiện là Giám đốc điều hành của Atlantic Quantum; Kyle Serniak, nhà khoa học nhân viên và trưởng nhóm tại Phòng thí nghiệm MIT Lincoln; và tác giả cấp cao William D. Oliver, giáo sư kỹ thuật điện, khoa học máy tính và vật lý của Henry Ellis Warren, giám đốc Trung tâm Kỹ thuật Lượng tử, lãnh đạo EQuS, và phó giám đốc Phòng thí nghiệm Nghiên cứu Điện tử; cũng như những người khác tại Phòng thí nghiệm MIT và MIT Lincoln. Nghiên cứu xuất hiện ngày hôm nay trong Đánh giá vật lý X.
Thông tin mới về Fluxonium Qubit
Trong máy tính cổ điển, cổng là các phép toán logic được thực hiện trên các bit (chuỗi 1 và 0) cho phép tính toán. Cổng vào Tính toán lượng tử có thể được hiểu theo cách tương tự - một cổng qubit đơn là một hoạt động logic trên một qubit, trong khi cổng hai qubit là một hoạt động phụ thuộc vào trạng thái của hai qubit được kết nối.
Độ trung thực đo lường độ chính xác của các hoạt động lượng tử được thực hiện trên các cổng này. Các cổng có độ chính xác cao nhất có thể là rất cần thiết vì sai số lượng tử tích lũy theo cấp số nhân. Với hàng tỷ hoạt động lượng tử xảy ra trong một hệ thống quy mô lớn, một lượng lỗi tưởng như nhỏ cũng có thể nhanh chóng khiến toàn bộ hệ thống bị lỗi.
Trong thực tế, người ta sẽ sử dụng mã sửa lỗi để đạt được tỷ lệ lỗi thấp như vậy. Tuy nhiên, có một “ngưỡng độ chính xác” mà các hoạt động phải vượt qua để triển khai các mã này. Hơn nữa, việc đẩy độ chính xác vượt xa ngưỡng này sẽ giúp giảm chi phí cần thiết để triển khai mã sửa lỗi.
Trong hơn một thập kỷ, các nhà nghiên cứu chủ yếu sử dụng qubit transmon trong nỗ lực chế tạo máy tính lượng tử. Một loại qubit siêu dẫn khác, được gọi là qubit fluxonium, ra đời gần đây hơn. Qubit Fluxonium đã được chứng minh là có tuổi thọ hoặc thời gian kết hợp dài hơn so với qubit transmon.
Thời gian kết hợp là thước đo thời gian một qubit có thể thực hiện các thao tác hoặc chạy thuật toán trước khi tất cả thông tin trong qubit bị mất.
“Qubit tồn tại càng lâu thì các hoạt động mà nó có xu hướng thúc đẩy càng có độ chính xác cao. Hai con số này gắn liền với nhau. Nhưng vẫn chưa rõ ràng, ngay cả khi bản thân các qubit fluxonium hoạt động khá tốt, liệu bạn có thể thực hiện các cổng tốt trên chúng hay không,” Ding nói.
Lần đầu tiên, Ding và các cộng tác viên của ông đã tìm ra cách sử dụng các qubit có thời gian tồn tại lâu hơn này trong một kiến trúc có thể hỗ trợ các cổng cực kỳ mạnh mẽ, có độ chính xác cao. Trong kiến trúc của họ, các qubit fluxonium có thể đạt được thời gian kết hợp hơn một phần nghìn giây, dài hơn khoảng 10 lần so với các qubit transmon truyền thống.
Hays cho biết: “Trong vài năm qua, đã có một số bằng chứng cho thấy fluxonium hoạt động tốt hơn các transmon ở cấp độ qubit đơn”. “Công việc của chúng tôi cho thấy rằng việc tăng hiệu suất này cũng có thể được mở rộng sang tương tác giữa các qubit.”
Các qubit fluxonium được phát triển với sự hợp tác chặt chẽ với Phòng thí nghiệm MIT Lincoln, (MIT-LL), nơi có chuyên môn về thiết kế và chế tạo các công nghệ qubit siêu dẫn có thể mở rộng.
Serniak cho biết: “Thí nghiệm này là điển hình cho cái mà chúng tôi gọi là 'mô hình một nhóm': sự hợp tác chặt chẽ giữa nhóm EQuS và nhóm qubit siêu dẫn tại MIT-LL. “Điều đáng nhấn mạnh ở đây là sự đóng góp của nhóm chế tạo tại MIT-LL - họ đã phát triển khả năng xây dựng các mảng dày đặc gồm hơn 100 điểm nối Josephson dành riêng cho fluxonium và các mạch qubit mới khác.”
Kết nối mạnh mẽ hơn
Kiến trúc mới lạ của họ bao gồm một mạch có hai qubit fluxonium ở hai đầu, với một bộ ghép transmon có thể điều chỉnh được ở giữa để nối chúng lại với nhau. Kiến trúc fluxonium-transmon-fluxonium (FTF) này cho phép khả năng ghép nối mạnh hơn các phương pháp kết nối trực tiếp hai qubit fluxonium.
FTF cũng giảm thiểu các tương tác không mong muốn xảy ra ở chế độ nền trong các hoạt động lượng tử. Thông thường, sự kết hợp mạnh mẽ hơn giữa các qubit có thể dẫn đến nhiều tiếng ồn nền dai dẳng hơn, được gọi là tương tác ZZ tĩnh. Nhưng kiến trúc FTF khắc phục được vấn đề này.
Khả năng ngăn chặn những tương tác không mong muốn này và thời gian kết hợp lâu hơn của qubit fluxonium là hai yếu tố giúp các nhà nghiên cứu chứng minh độ chính xác của cổng một qubit là 99.99% và độ trung thực của cổng hai qubit là 99.9%.
Độ chính xác của cổng này cao hơn nhiều so với ngưỡng cần thiết cho một số mã sửa lỗi phổ biến nhất định và sẽ cho phép phát hiện lỗi trong các hệ thống quy mô lớn hơn.
“Sửa lỗi lượng tử xây dựng khả năng phục hồi của hệ thống thông qua tính năng dự phòng. Bằng cách thêm nhiều qubit hơn, chúng tôi có thể cải thiện hiệu suất tổng thể của hệ thống, miễn là các qubit riêng lẻ 'đủ tốt'. Hãy nghĩ đến việc cố gắng thực hiện một nhiệm vụ với một căn phòng đầy học sinh mẫu giáo. Điều đó rất hỗn loạn và việc bổ sung thêm học sinh mẫu giáo sẽ không làm mọi việc tốt hơn,” Oliver giải thích. “Tuy nhiên, một số sinh viên tốt nghiệp trưởng thành làm việc cùng nhau sẽ dẫn đến hiệu suất vượt xa bất kỳ cá nhân nào - đó là khái niệm ngưỡng. Mặc dù vẫn còn nhiều việc phải làm để xây dựng một máy tính lượng tử có thể mở rộng, nhưng nó phải bắt đầu bằng việc có các hoạt động lượng tử chất lượng cao vượt xa ngưỡng.”
Dựa trên những kết quả này, Ding, Sung, Kannan, Oliver và những người khác gần đây đã thành lập một công ty khởi nghiệp về điện toán lượng tử, Lượng tử Đại Tây Dương. Công ty đang tìm cách sử dụng qubit fluxonium để xây dựng một máy tính lượng tử khả thi cho các ứng dụng thương mại và công nghiệp.
“Những kết quả này có thể áp dụng ngay lập tức và có thể thay đổi trạng thái của toàn bộ lĩnh vực này. Điều này cho cộng đồng thấy rằng có một con đường thay thế phía trước. Chúng tôi tin tưởng mạnh mẽ rằng kiến trúc này, hoặc thứ gì đó tương tự sử dụng qubit fluxonium, cho thấy nhiều hứa hẹn về việc thực sự xây dựng một máy tính lượng tử hữu ích, có khả năng chịu lỗi,” Kannan nói.
Ông cho biết thêm, mặc dù phải mất 10 năm nữa mới có được một chiếc máy tính như vậy nhưng nghiên cứu này là một bước đi quan trọng và đúng hướng. Tiếp theo, các nhà nghiên cứu có kế hoạch chứng minh những ưu điểm của kiến trúc FTF trong các hệ thống có nhiều hơn hai qubit được kết nối.
Công trình này được tài trợ một phần bởi Văn phòng Nghiên cứu Quân đội Hoa Kỳ, Thứ trưởng Bộ Quốc phòng về Nghiên cứu và Kỹ thuật, học bổng Tiến sĩ của IBM, Quỹ Nghiên cứu Cao cấp Hàn Quốc và Chương trình Học bổng Sau đại học về Khoa học và Kỹ thuật Quốc phòng.
Nguồn: Đây là phiên bản sửa đổi của câu chuyện của Adam Zewe, Tin tức MIT
- 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://insidehpc.com/2023/09/mit-qubit-architecture-achieves-progress-on-quantum-error-correction/
- : có
- :là
- :không phải
- 10
- 100
- 13
- 2023
- 25
- 9
- a
- có khả năng
- Có khả năng
- Giới thiệu
- ở trên
- Tài khoản
- Tích trữ
- chính xác
- chính xác
- Đạt được
- Đạt được
- thực sự
- Adam
- thêm
- Ngoài ra
- giải quyết
- Thêm
- tiến
- lợi thế
- thuật toán
- Tất cả
- Ngoài ra
- số lượng
- an
- phân tích
- và
- Một
- bất kì
- xuất hiện
- áp dụng
- các ứng dụng
- phương pháp tiếp cận
- kiến trúc
- LÀ
- Quân đội
- AS
- Liên kết
- At
- tác giả
- xa
- lý lịch
- BE
- bởi vì
- được
- trước
- Tin
- Hơn
- giữa
- Ngoài
- tỷ
- tăng
- xây dựng
- Xây dựng
- xây dựng
- nhưng
- by
- cuộc gọi
- CAN
- khả năng
- Nguyên nhân
- Trung tâm
- giám đốc điều hành
- nhất định
- thay đổi
- Chaos
- Chip
- Đóng
- mã số
- hợp tác
- thương gia
- thương mại
- Chung
- thông thường
- cộng đồng
- công ty
- tính toán
- máy tính
- Khoa học Máy tính
- máy tính
- máy tính
- khái niệm
- Kết nối
- kết nối
- xây dựng
- đóng góp
- có thể
- Couple
- thập kỷ
- Phòng thủ
- chứng minh
- chứng minh
- phụ thuộc
- Thiết kế
- Phát hiện
- phát triển
- hướng
- trực tiếp
- Giám đốc
- do
- suốt trong
- những nỗ lực
- hay
- Thiết bị điện tử
- thành phần
- cho phép
- kích hoạt
- cho phép
- cuối
- Kỹ Sư
- đủ
- Toàn bộ
- lôi
- lỗi
- thiết yếu
- Ngay cả
- vượt quá
- vượt quá
- thử nghiệm
- chuyên môn
- Giải thích
- theo hàm mũ
- cực kỳ
- các yếu tố
- FAIL
- xa
- nhanh hơn
- lòng trung thành
- lĩnh vực
- Tên
- lần đầu tiên
- Trong
- Forward
- tìm thấy
- Nền tảng
- Thành lập
- Full
- bản chất
- Hơn nữa
- Gates
- tốt
- tốt nghiệp
- tuyệt vời
- lớn hơn
- Nhóm
- Có
- có
- he
- henry
- tại đây
- hiệu suất cao
- chất lượng cao
- cao hơn
- cao nhất
- làm nổi bật
- cao
- của mình
- Độ đáng tin của
- Tuy nhiên
- HTTPS
- IBM
- if
- ngay
- thực hiện
- thực hiện
- quan trọng
- nâng cao
- in
- Tăng lên
- Cá nhân
- các cá nhân
- công nghiệp
- thông tin
- tương tác
- tương tác
- trong
- giới thiệu
- IT
- ITS
- tham gia
- nổi tiếng
- korea
- kyle
- phòng thí nghiệm
- quy mô lớn
- Họ
- dẫn
- lãnh đạo
- Dẫn
- Cấp
- tuổi thọ
- Lượt thích
- Lincoln
- cuộc sống
- hợp lý
- dài
- còn
- thua
- Rất nhiều
- Thấp
- làm cho
- cách thức
- nhiều
- trưởng thành
- tối đa
- max-width
- đo
- các biện pháp
- phương pháp
- Tên đệm
- giảm thiểu
- MIT
- chi tiết
- nhiều
- phải
- quốc dân
- cần thiết
- Mới
- tin tức
- tiếp theo
- Tiếng ồn
- tiểu thuyết
- tại
- con số
- số
- xảy ra
- of
- off
- Office
- on
- ONE
- hoạt động
- Hoạt động
- or
- nguồn gốc
- Nền tảng khác
- Khác
- vfoXNUMXfipXNUMXhfpiXNUMXufhpiXNUMXuf
- ra
- vượt trội
- tổng thể
- Giấy
- một phần
- con đường
- phần trăm
- Thực hiện
- hiệu suất
- thực hiện
- Bằng tiến sĩ
- Vật lý
- kế hoạch
- plato
- Thông tin dữ liệu Plato
- PlatoDữ liệu
- có thể
- thực hành
- chủ yếu
- có lẽ
- Vấn đề
- quá trình
- Giáo sư
- chương trình
- Tiến độ
- lời hứa
- hứa hẹn
- thúc đẩy
- cung cấp
- Đẩy
- Quantum
- Máy tính lượng tử
- máy tính lượng tử
- Tính toán lượng tử
- sửa lỗi lượng tử
- hệ thống lượng tử
- qubit
- qubit
- Mau
- Giá
- nhận ra
- gần đây
- làm giảm
- tương đối
- có liên quan
- báo cáo
- Báo cáo
- nghiên cứu
- nhà nghiên cứu
- khả năng phục hồi
- Kết quả
- xem xét
- ngay
- mạnh mẽ
- Phòng
- chạy
- s
- tương tự
- nói
- quy mô
- mở rộng quy mô
- Khoa học
- Nhà khoa học
- Tìm kiếm
- có vẻ
- cao cấp
- Loạt Sách
- một số
- nên
- cho thấy
- thể hiện
- Chương trình
- duy nhất
- nhỏ
- một cái gì đó
- đặc biệt
- đặc biệt
- Nhân sự
- bắt đầu
- khởi động
- Tiểu bang
- Bang
- Bước
- Vẫn còn
- Câu chuyện
- mạnh mẽ hơn
- mạnh mẽ
- Sinh viên
- Sinh viên
- nghiên cứu
- như vậy
- siêu dẫn
- hỗ trợ
- vượt qua
- hệ thống
- hệ thống
- Hãy
- Nhiệm vụ
- nhóm
- Công nghệ
- xu hướng
- về
- hơn
- việc này
- Sản phẩm
- thông tin
- Nhà nước
- cung cấp their dịch
- Them
- tự
- Đó
- Kia là
- họ
- nghĩ
- điều này
- nghĩ
- ngưỡng
- Thông qua
- Bị ràng buộc
- thời gian
- thời gian
- đến
- bây giờ
- hôm nay
- bên nhau
- truyền thống
- cố gắng
- hai
- kiểu
- thường
- chúng tôi
- không mong muốn
- sử dụng
- đã sử dụng
- sử dụng
- tận dụng
- phiên bản
- phiên bản
- khả thi
- chổ nuôi thỏ
- là
- Đường..
- we
- TỐT
- là
- Điều gì
- khi nào
- cái nào
- trong khi
- CHÚNG TÔI LÀ
- william
- với
- Công việc
- đang làm việc
- giá trị
- sẽ
- đã viết
- năm
- nhưng
- Bạn
- zephyrnet