18:41 2024-04-29 science - citeste alte articole pe aceeasi tema
Comentarii Adauga Comentariu

_ Noul sistem sporește eficiența corectării erorilor cuantice

_ Noul sistem sporește eficiența de corectare a erorilor cuantice

Qubiții fragili care alcătuiesc computerele cuantice oferă un instrument de calcul puternic, dar prezintă, de asemenea, o enigmă: cum pot inginerii să creeze sisteme cuantice practice și funcționale din biți care sunt atât de ușor perturbați - și șterse de date — prin mici schimbări în mediul lor?

Inginerii s-au luptat de mult timp cu cum să facă computerele cuantice mai puțin predispuse la erori, adesea prin dezvoltarea unor modalități de a detecta și corecta erorile, mai degrabă decât de a le preveni în primul rând . Cu toate acestea, multe astfel de scheme de corectare a erorilor implică duplicarea informațiilor pe sute sau mii de qubiți fizici simultan, ceea ce devine rapid greu de extins într-un mod eficient.

Acum, o echipă de oameni de știință condusă de cercetători de la Pritzker School of Molecular Engineering (PME) de la Universitatea din Chicago a dezvoltat planul pentru un computer cuantic care poate corecta mai eficient erorile. Sistemul folosește un nou cadru, bazat pe coduri de verificare cuantică de joasă densitate (qLDPC) – care pot detecta erori prin analizarea relației dintre biți – precum și un nou hardware care implică matrice de atomi reconfigurabile, care permite qubiților să comunice cu mai mulți vecini și, prin urmare, lăsați datele qLDPC să fie codificate în mai puțini qubiți.

„Cu acest plan propus, am redus costul general necesar pentru corectarea erorilor cuantice, ceea ce deschide noi căi pentru extinderea computerelor cuantice.” a spus Liang Jiang, profesor de inginerie moleculară și autor principal al noii lucrări, publicată în Nature Physics.

În timp ce computerele standard se bazează pe biți digitali – într-o poziție pornit sau oprit – pentru a codifica datele, qubiții pot exista în stări de suprapunere, oferindu-le capacitatea de a aborda noi probleme de calcul. Cu toate acestea, proprietățile unice ale qubiților îi fac, de asemenea, incredibil de sensibili la mediul lor; ele schimbă stările pe baza temperaturii înconjurătoare și a electromagnetismului.

"Sistemele cuantice sunt intrinsec zgomotoase. Nu există într-adevăr nicio modalitate de a construi o mașină cuantică care să nu aibă erori", a spus Qian Xu, un student absolvent al PME. care a condus noua lucrare. „Trebuie să ai o modalitate de a face corectarea activă a erorilor dacă vrei să-ți extinzi sistemul cuantic și să-l faci util pentru sarcini practice.”

În ultimele decenii, oamenii de știință s-au orientat în cea mai mare parte către un singur tip. de corectare a erorilor, numite coduri de suprafață, pentru sistemele cuantice. În aceste sisteme, codificați simultan aceleași informații logice în mai mulți biți fizici, aranjați într-o grilă mare bidimensională. Erorile pot fi deduse prin compararea qubiților cu vecinii lor direcți. O nepotrivire sugerează că un qubit s-a declanșat greșit.

„Problema cu aceasta este că aveți nevoie de o suprasarcină uriașă a resurselor”, a spus Xu. „În unele dintre aceste sisteme, aveți nevoie de o mie de qubiți fizici pentru fiecare qubit logic, așa că, pe termen lung, nu credem că putem scala acest lucru la computere foarte mari.”

În noul lor sistem , Jiang, Xu și colegii de la Universitatea Harvard, Caltech, Universitatea din Arizona și QuEra Computing și-au propus să folosească codurile qLDPC pentru a corecta erorile. Acest tip de corectare a erorilor a fost luat în considerare de mult timp, dar nu a fost implementat într-un plan realist.

Cu codurile qLDPC, datele în qubiți nu sunt comparate doar cu vecinii direcți, ci și cu qubiții mai îndepărtați. Permite utilizarea unei grile mai mici de qubiți pentru a obține același număr de comparații pentru corectarea erorilor. Cu toate acestea, acest tip de comunicare la distanță lungă între qubiți a fost întotdeauna punctul de blocare în implementarea qLDPC.

Cercetătorii au venit cu o soluție sub forma unui nou hardware: atomi reconfigurabili care pot fi mutați cu lasere. pentru a permite qubiților să vorbească cu noi parteneri.

„Cu sistemele de matrice de atomi reconfigurabile de astăzi, putem controla și manipula mai mult de o mie de qubiți fizici cu fidelitate ridicată și putem conecta qubiți separați de o distanță mare”, a spus Harry Zhou de la Universitatea Harvard și QuEra Computing. „Prin potrivirea structurii codurilor cuantice și a acestor capacități hardware, putem implementa aceste coduri qLDPC mai avansate cu doar câteva linii de control, punând realizarea lor la îndemână cu sistemele experimentale de astăzi.”

Când acestea combinând coduri qLDPC cu matrice de atomi neutri reconfigurabile, echipa a reușit să obțină o rată de eroare mai bună decât utilizarea codurilor de suprafață cu doar câteva sute de qubiți fizici. La extindere, algoritmii cuantici care implică mii de qubiți logici ar putea fi realizați cu mai puțin de 100.000 de qubiți fizici - mult mai eficienți decât codurile de suprafață standard de aur.

„Există încă redundanță în ceea ce privește codificarea datelor în mai mulți qubiți fizici, dar ideea este că am redus acea redundanță cu mult”, a spus Xu.

Cadrul este încă teoretic, deși oamenii de știință dezvoltă rapid platforme de matrice atomică care se îndreaptă către practic. utilizarea calculului cuantic corectat de erori. Echipa PME lucrează acum pentru a-și ajusta în continuare planul și pentru a se asigura că qubiții logici care se bazează pe codurile qLDPC și pe matricele de atomi reconfigurabile pot fi utilizați în calcul.

„Credem că, pe termen lung, acest lucru va permite noi să construim computere cuantice foarte mari, cu rate de eroare mai mici”, a spus Xu.

(Fluierul)

Inapoi