Amazon Web Services (AWS) a lansat un prototip Calculare cuantică cip care este primul din lume care este echipat cu „qubit-uri de pisici” rezistente la erori-unități de bază ale informațiilor cuantice de calcul inspirate de celebrul Pisica lui Schrödinger experiment de gândire.
Unitatea de procesare cuantică (Qpu), numit „Ocelot”, include cinci qubits de date sau qubit -uri de pisici, pentru a stoca informații; cinci circuite tampon realizate din tantalul superconductorului pentru a stabiliza qubit -urile pisicii; și patru qubit -uri suplimentare pentru a detecta erorile care apar în timpul procesării datelor.
Aceste componente interne sunt împărțite pe două microcipuri de siliciu integrate, care măsoară fiecare aproximativ 0,16 inci pătrați (1 centimetru pătrat), ceea ce face ca dispozitivul să fie suficient de mic pentru a se potrivi pe vârful degetului.
Noua arhitectură este concepută pentru a reduce semnificativ costurile și energia necesare pentru a reduce erorile care apar în mod natural în calculatoarele cuantice – o provocare pe care oamenii de știință încearcă să o găsească în continuare (cu progrese realizate într -un Februarie 2024 studiu și altul în Aprilie anul trecutprintre altele).
În mod semnificativ, cercetătorii au spus că noua tehnologie ar putea reduce exponențial erorile, deoarece se adaugă mai multe qubits la versiunile viitoare ale cipului. Și -au prezentat concluziile într -un nou studiu publicat pe 26 februarie în Jurnal Natură.
Întoarcerea zgomotului cuantic
Deoarece qubiturile sunt în mod inerent „zgomotoase” – ceea ce înseamnă că sunt sensibile la tulburări de la vibrații, căldură, interferențe electromagnetice și radiații din spațiu – sunt mult mai predispuse la eșec decât biți clasici. Rata de eroare în biți clasici este de 1 în 1 milion, față de aproximativ 1 din 1.000 în qubits. Această rată de eroare mult mai mare duce adesea la prăbușirea oricărei suprapuneri cuantice medii și a defecțiunilor atunci când se efectuează calcule cuantice.
Cele două tipuri de erori sunt erori de biți, în care probabilitatea de a măsura 0 devine probabilitatea de a măsura 1; și erori de fază, unde un qubit rotește 180 de grade pe axa sa verticală. Erorile de bit-flip afectează atât biți, cât și qubits, în timp ce erorile de fază-flip afectează doar qubit-urile. Nevoia de a corecta ambele tipuri de erori în sistemele cuantice necesită resurse semnificative în comparație cu corectarea erorilor în calculul clasic.
Din această cauză, oamenii de știință spun că un computer cuantic ar avea nevoie de milioane de qubits înainte de a se apropia de realizare „Supremația cuantică„ – Ceea ce ar fi imposibil în ceea ce privește spațiul fizic, energia și resursele necesare pentru a construi și rula o astfel de mașină ipotetică. Acesta este motivul pentru care se concentrează mai multe cercetări pe construirea de qubit -uri fiabile integrate cu tehnologii de corecție a erorilor.
„Qubit-urile logice”-care sunt alcătuite din mai multe qubituri fizice care stochează aceleași informații pentru a răspândi punctele de eșec-sunt metoda predominantă de corectare a erorilor. Cu toate acestea, cercetătorii AWS spun că, fără îmbunătățiri suplimentare a hardware -ului, abordările actuale au un cost imens și prohibitiv, deoarece ar avea nevoie de mii de qubits fizici pentru a forma un qubit logic capabil să obțină rate scăzute de eroare.
Ocelot adoptă însă Cat Qubbit Design dezvoltat de startup -ul francez Alice & Bob. Numit după celebrul experiment de gândire a pisicii lui Schrödinger, acest qubit este conceput astfel încât să fie în mod inerent rezistent la erorile de bit-flip.
Apăsând în noi „qubit -uri de pisici”
Spre deosebire de qubiturile convenționale de superconductor utilizate în mașinile construite de placul IBM şi Google care poate obține o superpoziție de 1 și 0, Qubits de pisici poate obține simultan o dublă superpoziție a două stări cuantice. Oamenii de știință Alice & Bob au subliniat cum funcționează această tehnologie într -un Foaie de parcurs și hârtie albă Publicat în 2024.
Cat Qubbit folosește o superpoziție cuantică a stărilor clasice asemănătoare cu amplitudinea și faza bine definită pentru a codifica informații. Utilizează particule bosonice special pentru a codifica date – în acest caz, fotoni sau particule de lumină.
Cu cât este mai multă energie în sistem, cu atât se creează mai mulți fotoni și cu atât mai multe amplitudini sau stări oscilatoare pot fi accesate, ceea ce protejează mai bine informațiile cuantice. Creșterea numărului de fotoni din oscilator poate face ca oamenii de știință să fie mai mici, rata erorilor de bit-flip. Aceasta înseamnă că, pentru a reduce rata de eroare, nu trebuie să creșteți numărul de qubit; Mai degrabă, trebuie să creșteți energia oscilatorului.
Experimentele anterioare din ultimul deceniu au arătat potențialul qubit-urilor de pisici în demonstrații cu un singur qubit, inclusiv un studiu dintr-o echipă diferită în 2015 și unul la fel de recent ca Mai 2024. Un studiu publicat în ianuarie Anul acesta a prezentat și o abordare a corectării erorilor care a fost inspirată de pisica lui Schrödinger. Cu toate acestea, ocelotul AWS este primul exemplu de sistem coerent de qubit multi-cat integrat într-un cip construit folosind metode de fabricație existente.
În noul studiu, oamenii de știință au demonstrat măsurători luate cu Ocelot care arată erorile de bit-flip sunt suprimate exponențial la nivelul qubitului fizic, în timp ce erorile de fază-flip sunt corectate folosind cel mai simplu cod de corectare a erorilor, cunoscut sub numele de cod de repetare. Porțile dintre qubit-urile CAT și qubit-urile care corectează erori sunt, de asemenea, eficiente la detectarea erorilor de fază-flip, păstrând în același timp puterea qubit-urilor CAT pentru a se proteja împotriva erorilor de bit.
Rezultatele au arătat timpi de biți care se apropie de 1 secundă-de aproximativ 1.000 de ori mai mult decât durata de viață a qubit-urilor superconductoare convenționale. Acest lucru a fost realizat folosind patru fotoni, permițând timpi de fază-flip măsurați în zeci de microsecunde, ceea ce este suficient pentru corectarea erorilor cuantice.
Oamenii de știință au testat apoi sistemul pentru a determina cât de eficientă ar putea fi această arhitectură să se comporte ca un qubit logic. Rata totală de eroare logică a fost de 1,72% la rularea codului pe trei qubit -uri CAT, față de 1,65% atunci când utilizați cinci qubit -uri CAT. Cu nouă qubits în total (cinci CAT și patru corecții de eroare), acestea ating rate de eroare comparabile cu un sistem cu 49 de qubits fizice.
Calculare cuantică scalabilă
Oamenii de știință estimează că utilizarea arhitecturii în Ocelot, un viitor computer cuantic cu „impactul societății transformatoare” are nevoie de o zece zecime din resursele care altfel ar fi necesare cu abordări standard pentru corecția cuantică a erorilor.
„Versiunile viitoare ale Ocelot sunt dezvoltate care vor reduce exponențial ratele de eroare logice, activate atât de o îmbunătățire a performanței componentelor, cât și de o creștere a distanței de cod”, co-autori ai studiului, Fernando Brandãoprofesor de fizică teoretică Caltech și Pictor Oskarprofesor de fizică aplicată la Caltech, a spus într -un Postare tehnică pe blog. „Codurile adaptate la zgomotul părtinitor, cum ar fi codul de repetare utilizat în Ocelot, pot reduce semnificativ numărul de qubits fizice necesare”, au spus ei.
„Credem că arhitectura Ocelot, cu abordarea sa eficientă pentru hardware pentru corectarea erorilor, ne poziționează bine pentru a aborda următoarea fază a calculului cuantic: învățarea cum să se scaleze”, a adăugat Brandão și Painter. „Scalarea folosind o abordare eficientă hardware ne va permite să obținem mai rapid și mai eficient din punct de vedere al costurilor, un computer cuantic corectat cu erori, care să beneficieze societatea.”
Comentarii recente