Oamenii de știință au obținut cea mai mică rată de eroare cuantică de calcul înregistrată vreodată-un pas important în rezolvarea provocărilor fundamentale pe calea către practică, la scară de utilități Calculatoare cuantice.
În cercetarea publicată pe 12 iunie în Jurnal Scrisori de recenzie fizică APSoamenii de știință au demonstrat o rată de eroare cuantică de 0,000015%, ceea ce echivalează cu o eroare la 6,7 milioane de operații.
Această realizare reprezintă o îmbunătățire a aproape o ordine de mărime atât în fidelitate, cât și în viteză față de înregistrarea anterioară de aproximativ o eroare pentru fiecare un milion de operațiuni – realizată de aceeași echipă în 2014.
Prevalența erorilor sau „zgomot” din operațiunile cuantice poate face ca ieșirile unui computer cuantic să fie inutile.
Acest zgomot provine dintr -o varietate de surse, inclusiv imperfecțiuni în metodele de control (în esență, probleme cu arhitectura și algoritmii computerului) și legile fizicii. De aceea au intrat eforturi considerabile Corecția de eroare cuantică.
În timp ce erorile legate de dreptul natural, cum ar fi deconența (decăderea naturală a stării cuantice) și scurgerea (starea de qubit care se scurge din subspațiul de calcul), pot fi reduse doar în cadrul acestor legi, progresul echipei a fost obținut prin reducerea zgomotului generat de arhitectura computerului și metodele de control la aproape zero.
“Prin reducerea drastică a șanselor de eroare, această lucrare reduce semnificativ infrastructura necesară pentru corectarea erorilor, deschizând calea pentru viitoarele computere cuantice să fie mai mici, mai rapide și mai eficiente,” Molly Smithun student absolvent în fizică la Universitatea din Oxford și autorul co-conducător al studiului, a declarat într-un declaraţie. “Controlul precis al qubit -urilor va fi, de asemenea, util pentru alte tehnologii cuantice, cum ar fi ceasurile și senzorii cuantici.”
Rate de eroare de calcul cuantic-scăzut
Computerul cuantic folosit în experimentul echipei s -a bazat pe o platformă personalizată care evită arhitectura mai comună care utilizări fotoni ca. Qubits – Echivalentul cuantic al bițiilor de calculator – pentru qubits din „ioni prinși”.
Studiul a fost, de asemenea, realizat la temperatura camerei, despre care cercetătorii au spus că simplifică configurația necesară pentru a integra această tehnologie într -un computer cuantic de lucru.
În timp ce majoritatea sistemelor cuantice fie implementează circuite superconductoare care se bazează pe „puncte cuantice”, fie folosesc utilizarea laserelor-adesea numite „pensete optice”-pentru a deține un singur foton în loc pentru funcționare ca qubit, echipa a folosit microunde pentru a prinde o serie de ioni de calciu-43 de ioni în loc.
Cu această abordare, ionii sunt plasați într -o stare de „ceas atomic” hiperfină. Potrivit studiului, această tehnică a permis cercetătorilor să creeze mai multe „porți cuantice”, care sunt analoge cu numărul de „operații cuantice” pe care un computer le poate efectua, cu o precizie mai mare decât metodele bazate pe foton permise.
Odată ce ionii au fost plasați într -o stare de ceas atomică hiperfină, cercetătorii au calibrat ionii printr -o procedură automatizată de control care i -a corectat în mod regulat pentru amplitudine și frecvență derivă cauzată de metoda de control a microundelor.
Cu alte cuvinte, cercetătorii au dezvoltat un algoritm pentru a detecta și corecta zgomotul produs de microundele utilizate pentru a captura ionii. Prin eliminarea acestui zgomot, echipa ar putea apoi să efectueze operații cuantice cu sistemul lor la sau aproape de cea mai mică rată de eroare posibilă fizic.
Folosind această metodă, acum este posibilă dezvoltarea computerelor cuantice care sunt capabile să efectueze operații cu o singură poartă (cele efectuate cu o poartă de qubit unică, spre deosebire de o poartă care necesită mai multe qubits) cu erori de aproape zero la scări mari.
Acest lucru ar putea duce la calculatoare cuantice mai eficiente în general și, în cadrul studiului, obține o nouă eroare de poartă cu un singur qub-ul de ultimă generație și defalcarea tuturor surselor de eroare cunoscute, reprezentând astfel majoritatea erorilor produse în Operații cu o singură poartă.
Aceasta înseamnă că inginerii care construiesc computere cuantice cu arhitectura ionică prinsă și dezvoltatorii care creează algoritmii care rulează pe ei nu vor trebui să dedice cât mai multe qubits în scopul exclusiv al corectării erorilor.
Prin reducerea erorii, noua metodă reduce numărul de qubituri necesare și costul și dimensiunea computerului cuantic în sine, au spus cercetătorii în declarație.
Acesta nu este un panaceu pentru industrie, cu toate acestea, așa cum necesită mulți algoritmi cuantici multigează qubit -uri Funcționând alături sau format din qubits cu o singură poartă pentru a efectua calcule dincolo de funcțiile rudimentare. Rata de eroare în funcțiile de poartă cu două qub-uri este încă de aproximativ 1 din 2.000.
În timp ce acest studiu reprezintă un pas important către calculul cuantic practic, la scară utilă, nu abordează toate problemele „zgomot” inerente sistemelor complexe de qubit multigele.