„Calculul cuantic fiabil este aici”: o abordare nouă a corectării erorilor poate reduce erorile în sistemele viitoare de până la 1.000 de ori, spun oamenii de știință Microsoft

Informaticienii spun că au crăpat știința din spatele corectării erorilor în calculatoarele cuantice, datorită noilor „coduri 4D”.

Dezvoltat de Microsoft, noile coduri au fost dezvăluite într -un postare pe blog Publicat pe 19 iunie și intenționează să abordeze problema toleranței la erori – probabil cel mai mare blocaj cuantic al calculului.

Toate calculatoarele pot produce erori. În calculul clasic, corectarea erorilor se realizează prin realizarea mai multor copii ale fiecărei informații care sunt trimise. Dacă unul sau mai mulți biți sunt pierduți sau corupți, biții rămași conțin în continuare informațiile originale.

QubitsCu toate acestea, nu poate fi copiat. De asemenea, nu pot fi măsurate fără a experimenta ceea ce se numește „prăbușire”. Acest lucru face mult mai dificil să se detecteze și să atenueze erorile (care apar într -un ritm semnificativ mai mare decât în ​​biți clasici) așa cum se întâmplă.

O configurație tipică cuantică de corecție a erorilor implică adăugarea de qubit-uri „fizice” suplimentare la un sistem. Aceste qubit -uri sunt încurcate cu qubit -urile „logice” care de obicei poartă informații cuantice. În loc să măsoare qubit -urile logice, provocând astfel această prăbușire, oamenii de știință pot verifica erorile prin măsurarea qubit -urilor fizice încurcate. Aceasta permite continuarea procesului de calcul.

Oamenii de știință folosesc de obicei coduri 4D în procesul de corectare a erorilor cuantice prin recrearea topologiei suprafețelor de procesare cuantică pe o rețea în patru dimensiuni. Aceasta creează o formă de auto-corectare a memoriei cuantice.

Înrudite: „Știința este rezolvată”: IBM pentru a construi un computer cuantic monstru de 10.000 de Qubit până în 2029

Problema este că majoritatea tehnicilor actuale de corecție a erorilor sunt dificil de extins, intensiv în resurse sau ambele. Cu cât mai multe qubituri fizice necesare pentru a oferi toleranță la erori pentru un sistem cuantic și cu cât sunt necesare mai multe treceri de corectare a erorilor, cu atât este necesară mai multă energie pentru calcul.

„Noile coduri geometrice în patru dimensiuni ale Microsoft necesită foarte puține qubits fizice pe qubit logic, pot verifica erorile într-o singură fotografie și să prezinte o reducere de 1.000 de ori a ratelor de eroare”, a declarat Fellow Technical of Advanced Quantum Development la Microsoft Quantum, Krysta Svoreîn postarea pe blog.

O răsucire la corecția cuantică a erorilor

Constatările, încărcate pe 18 iunie pe arxiv Baza de date de preimprimare, centrați-vă să puneți o răsucire literală pe codul geometric 4D în formă de torus utilizat pentru corectarea erorilor în anumite sisteme de calcul cuantice.

Oamenii de știință au dezvoltat un cod geometric care ar putea fi suprapus într-un sistem pentru a detecta erorile folosind o topografie în patru dimensiuni. Acest cod 4D conectează spațiul de eșantion (unde rulează codurile de corecție) la spațiul operațional (unde qubiturile conțin informații) prin integrarea.

Funcționează în patru dimensiuni folosind o expresie matematică care, în esență, permite punctelor de înțelegere să facă conexiuni pe suprafața unui „torus”, care poate fi imaginat ca o formă de gogoașă.

În timp ce codurile 4D au fost utilizate pentru a crea Memorie cuantică auto-corectă În trecut, utilizarea lor aici este considerată inedită, deoarece cercetătorii au calculat o „răsucire” în geometria care permite aceeași cantitate de cod să acopere aceeași cantitate de spațiu de sistem folosind mai puține legături fizice de qubit.

Prin „răsucirea” geometriei, suprapunerea codului 4D creează un spațiu reprezentativ mai mare care reflectă o porțiune mai mare a stării cuantice a qubit -urilor reale în utilizare. Făcând acest lucru, permite cercetătorilor să detecteze erori în cod fără a deranja procesele cuantice reale care apar în sistem.

Cercetătorii și -au condus noul cod „răsucit” pe calculatoarele cuantice existente și și -au confirmat experimental teoriile într -o hârtie de preimprimare separată, publicat la serverul de preimprimare arxiv on 13 iunie. Nici o hârtie nu a fost încă revizuită de la egal la egal.

„Calculatoarele cuantice universale cu cuantică tolerantă la erori pot fi realizate folosind coduri geometrice 4D, care sunt concepute pentru a permite realizarea eficientă a unui număr din ce în ce mai mare de qubituri logice, cu un număr modest de qubits fizice, permițând în același timp cicluri logice cu adâncime scăzută și toleranță universală a erorilor”, au spus oamenii de știință în studiu.

Mai mult, cercetătorii au demonstrat o tehnică de ultimă generație pentru „înlocuirea” atomilor folosiți ca qubits atunci când sunt pierduți. În anumite sisteme de calcul cuantice, qubit -urile sunt create prin prindere atomi neutri cu pensete laser și prinzând -le pe loc. În timpul calculelor, acești atomi pot fi pierduți sau renunțați.

Cercetătorii spun că ar putea înlocui atomii pierduți la mijlocul ciclului folosind un fascicul atomic pentru a forța noi atomi în tablou, fără a perturba calculele-în primul rând, au spus oamenii de știință în studiu.

Pe baza constatărilor, noua familie de cod 4D ar putea reprezenta a doua descoperire a corecției cuantice a erorilor în cât mai multe săptămâni. Pe 10 iunie, IBM a făcut o afirmație similară Când a anunțat că a dezvoltat tehnici cuantice de corectare a erorilor care vor duce la dezvoltarea unui computer cuantic util demonstrabil până în 2029.

În cazul în care noua metodă a IBM utilizează o abordare de dezvoltare de sus în jos, care profită de hardware-ul său personalizat, Microsoft este construit de jos în sus pentru a aborda toleranța la erori folosind o abordare care poate avea alte aplicații dincolo de hardware și cazuri de utilizare pe care a fost testată.

Tristan este un jurnalist științific și tehnologie din SUA. El acoperă inteligența artificială (AI), fizica teoretică și poveștile tehnologice de ultimă oră.

Lucrarea sa a fost publicată în numeroase puncte de desfacere, inclusiv Mother Jones, The Stack, The Next Web și Undark Magazine.

Înainte de jurnalism, Tristan a servit în Marina SUA timp de 10 ani ca programator și inginer. Când nu scrie, îi place să joace cu soția sa și să studieze istoria militară.