Într -o lume în primul rând, oamenii de știință au demonstrat un fenomen enigmatic în Calculare cuantică Acest lucru ar putea deschide calea pentru mașini tolerante la erori, care sunt mult mai puternice decât orice supercomputer.
Procesul, numit „Distilarea statului magic” a fost mai întâi propus acum 20 de anidar utilizarea sa în Qubits Logic a eludat de atunci oameni de știință. A fost considerat de mult timp crucial pentru producerea resurselor de înaltă calitate, cunoscute sub numele de „state magice”, necesare pentru a îndeplini întregul potențial al calculatoarelor cuantice.
Statele magice sunt state cuantice pregătite în avans, care sunt apoi consumate ca resurse de către cei mai complexi algoritmi cuantici. Fără aceste resurse, calculatoarele cuantice nu pot intra în legile ciudate ale Mecanica cuantică pentru a prelucra informațiile în paralel.
Între timp, distilarea de stare magică este un proces de filtrare prin care stările magice de cea mai înaltă calitate sunt „purificate”, astfel încât acestea să poată fi utilizate de cei mai complexi algoritmi cuantici.
Până în prezent, acest proces a fost posibil pe qubit-uri fizice simple, predispuse la erori, dar nu și pe qubit-uri logice-grupuri de qubituri fizice care partajează aceleași date și sunt configurate pentru a detecta și corecta erorile care perturbă frecvent operațiunile de calcul cuantice.
Deoarece distilarea de stare magică în qubit -urile logice nu a fost până acum posibilă, computerele cuantice care utilizează qubit -uri logice nu au fost teoretic capabile să depășească mașinile clasice.
Înrudite: Ce este superpoziția cuantică și ce înseamnă pentru calculul cuantic?
Acum, însă, oamenii de știință cu Quera spun că au demonstrat distilarea statului magic în practică pentru prima dată pe qubits logice. Și -au prezentat concluziile într -un nou studiu publicat pe 14 iulie în Jurnal Natură.
“Calculatoarele cuantice nu ar putea să -și îndeplinească promisiunea fără acest proces de distilare a stării magice. Este o etapă necesară.” Yuval Bogera declarat pentru un interviu ofițer comercial șef la Quera, Live Science. Boger nu a fost implicat personal în cercetare.
Calea către calculul cuantic tolerant la erori
Calculatoarele cuantice utilizează Qubits Ca blocuri de construcție și folosesc logica cuantică – setul de reguli și operații care guvernează modul în care informațiile cuantice sunt procesate – pentru a rula algoritmi și date de procesare. Dar provocarea este să funcționeze algoritmi incredibil de complexi, menținând totodată rate de eroare incredibil de mici.
Problema este că qubiturile fizice sunt în mod inerent „zgomotoase”, ceea ce înseamnă că calculele sunt adesea perturbate de factori precum schimbările de temperatură și radiațiile electromagnetice. De aceea s -au concentrat atât de multe cercetări Corecția de eroare cuantică (QEC).
Reducerea erorilor – care apar cu o rată de 1 din 1.000 în qubits față de 1 din 1 milion, milioane în biți convenționali – împiedică perturbările și permite calculelor în ritm. Acolo intră qubit -urile logice.
“Pentru ca calculatoarele cuantice să fie utile, acestea trebuie să ruleze calcule destul de lungi și sofisticate. Dacă rata de eroare este prea mare, atunci acest calcul se transformă rapid în ciuperci sau la date inutile”, autorul principal al studiului studiului Sergio Cantua declarat vicepreședintele Quantum Systems la Quera, a declarat Live Science într -un interviu. “Întregul obiectiv al corectării erorilor este de a reduce această rată de eroare, astfel încât să puteți face un milion de calcule în siguranță.”
Qubiturile logice sunt colecții de qubituri fizice încurcate care împărtășesc aceleași informații și se bazează pe principiul redundanței. Dacă unul sau mai multe qubituri fizice dintr -un qubit logic nu reușesc, calculul nu este perturbat, deoarece informațiile există în altă parte.
Însă qubiturile logice sunt extrem de limitate, au spus oamenii de știință, deoarece codurile de corectare a erorilor aplicate acestora pot rula doar „Porții Clifford”-operațiuni de bază în circuitele cuantice. Aceste operațiuni sunt fundamentale ale circuitelor cuantice, dar sunt atât de de bază încât pot fi simulate pe orice supercomputer.
Doar prin atingerea statelor magice de înaltă calitate, oamenii de știință pot rula „porți non-Clifford” și se vor implica într-o prelucrare paralelă adevărată. Dar generarea acestora este extrem de intensă în resurse și costisitoare și, până acum, a fost de neatins în qubit-urile logice.
În esență, bazându -se pe distilarea statului magic doar în țărmurile fizice nu ar duce niciodată la Avantaj cuantic. Pentru asta, trebuie să distilăm direct stările magice în qubit -uri logice.
Statele Magic deschide calea pentru capacități dincolo de supercomputare
“Statele magice ne permit să extindem numărul și tipul de operațiuni pe care le putem face. Deci, practic, orice algoritm cuantic care are valoare ar necesita state magice”, a spus Cantu.
Generarea de stări magice în qubits fizice, așa cum am făcut noi, este o pungă mixtă-există stări magice de calitate scăzută și de înaltă calitate-și trebuie să fie rafinate. Abia atunci, pot alimenta cele mai puternice programe și algoritmi cuantici.
În studiu, folosind Computer cuantic cu atom neutru Geminioamenii de știință au distilat cinci stări magice imperfecte într -o stare magică unică, mai curată. Au efectuat acest lucru separat pe o distanță-3 și un qubit logic la distanță-5, demonstrând că se scalează cu calitatea qubitului logic.
“O distanță mai mare înseamnă qubit-uri logice mai bune. Un distanță-2, de exemplu, înseamnă că puteți detecta o eroare, dar nu o corectați. Distanța-3 înseamnă că puteți detecta și corecta o singură eroare. Distanța-5 ar însemna că puteți detecta și corecta până la două erori, etc. „Deci, cu cât este mai mare distanța, cu atât fidelitatea mai mare a qubitului este – și o asemănăm cu distilarea uleiului brut într -un combustibil cu jet”.
Ca urmare a procesului de distilare, fidelitatea stării magice finale a depășit -o pe cea a oricărei intrări. Acest lucru a dovedit că distilarea statului magic tolerant la erori a funcționat în practică, au spus oamenii de știință. Aceasta înseamnă că este posibil un computer cuantic care folosește atât qubit-uri logice, cât și stări magice de înaltă calitate pentru a rula porți non-Clifford.
“Vedem o schimbare de acum câțiva ani”, a spus Boger. “Provocarea a fost: pot fi construite computere cuantice deloc? Atunci, pot fi detectate și corectate erorile? Noi și Google și alții au arătat că, da, asta se poate face. Acum este vorba: putem face ca aceste computere să fie cu adevărat utile? Și să facă un computer cu adevărat util, în afară de a le face mai mari, doriți ca acestea să poată rula programe care să nu poată fi simulate pe calculatoare clasice.”