Amazon folosește „Statele CAT” cuantice cu corectarea erorilor

Urmând Anunțul Microsoft Dintr -un qubit bazat pe fizică complet nouă, Amazon publică o lucrare care descrie o abordare foarte diferită pe hardware -ul cuantic de calcul. Sistemul amestecă două tipuri diferite de hardware qubit pentru a îmbunătăți stabilitatea informațiilor cuantice pe care le dețin. Ideea este că un tip de qubit este rezistent la erori, în timp ce al doilea poate fi utilizat pentru implementarea unui cod de corectare a erorilor care să prindă problemele care se întâmplă.

Deși în trecut au existat demonstrații mai eficiente de corectare a erorilor, o serie de companii pariază că abordarea generală a Amazon este cea mai bună cale către obținerea de qubit -uri logice care sunt capabile de algoritmi complexi. Deci, în acest sens, este o dovadă importantă a principiului.

Pisici de grăsime

Ideea de bază din spatele abordării Amazon este de a utiliza un tip de qubit pentru a deține date și a doua pentru a permite corectarea erorilor. Qub -ul de date este extrem de rezistent la un tip de eroare, dar predispus la o secundă. Aceste erori sunt în cazul în care vine cel de -al doilea tip de qubit; Este utilizat pentru a rula un cod de corectare a erorilor, care este eficient la ridicarea problemelor la care sunt predispuse qubiturile de date. Combinate, cei doi sunt sperați să permită gestionarea corectării erorilor cu mult mai puține qubit -uri hardware.

Într -un computer standard, există într -adevăr un singur tip de eroare de care să vă faceți griji: un pic care nu mai deține valoarea la care a fost setată. Aceasta se numește un bit flip, deoarece valoarea trece de la zero la unul, fie de la unul la zero. La fel ca în majoritatea lucrurilor de calcul cuantic, lucrurile sunt considerabil mai complicate cu qubit -urile. Deoarece nu dețin valori binare, ci mai degrabă probabilități, nu puteți doar să aruncați valoarea qubit -ului. În schimb, bit -ul în pământ cuantic implică inversarea probabilităților – în curs de la 60:40 la 40:60 sau similar.

Dar flipurile de biți nu sunt singurele probleme care pot apărea. Qubits pot suferi, de asemenea, de ceea ce se numesc erori de flip de fază. Acestea nu au echivalent în calculatoarele clasice, dar pot împiedica, de asemenea, calculatoarele cuantice să funcționeze așa cum era de așteptat.

În trecut, Amazon Qubits demonstrat Acest lucru a făcut ca a fost ușor de detectat atunci când a apărut o eroare de flip. Pentru noua lucrare, au trecut la ceva diferit: un qubit care reduce considerabil probabilitatea erorilor de flip de biți.

Ei fac acest lucru folosind ceea ce se numește „Cat Qubits”, după faimosul Pisica lui Schrödingercare exista în două state simultan. În timp ce majoritatea qubit -urilor se bazează pe un singur obiect cuantic plasat în acest tip de superpoziție a statelor, un qubit de pisici are o colecție de obiecte într -o singură superpoziție. (În mod diferit, starea de superpoziție este distribuită în colecția de obiecte.) În cazul Qubit -urilor CAT demonstrate până acum de companii precum companii precum Alice și Bobobiectele sunt fotoni, care sunt ținuți într -un singur rezonator, iar Amazon folosește tehnologie similară.

Qubiturile de pisici au o caracteristică distinctivă în comparație cu alte opțiuni: flipurile de biți sunt improbabile și devin și mai puțin probabile pe măsură ce pompezi mai mulți fotoni în rezonator. Dar acest lucru are un dezavantaj: mai mulți fotoni înseamnă că flipurile de fază devin mai probabile.

Flipping pisici

Aceste flipuri de fază sunt motivul pentru care au fost aduse un al doilea set de qubits, numit transmane. Acest lucru a permis echipei să creeze un qubit logic, corectat de erori, folosind un cod simplu de corectare a erorilor, numit cod de repetare.

Aici, fiecare dintre qubit -urile pisicii pornește în aceeași stare și este încurcat cu transmanele vecine. Acest lucru a permis transmonilor să urmărească ceea ce se întâmplă în Qubits -ul pisicii, efectuând ceea ce se numesc măsurători slabe. Acestea nu distrug starea cuantică, cum ar fi o măsurare completă, dar pot permite detectarea modificărilor în qubiturile de pisici vecine și pot oferi informațiile necesare pentru a repara orice erori.

Deci, combinația dintre cele două înseamnă că aproape toate erorile care apar sunt flipuri de fază, iar flipurile de fază sunt detectate și fixate.

În scheme mai tipice de corectare a erorilor, aveți nevoie de suficiente qubituri în jur pentru a face măsurători pentru a identifica atât locația unei erori, cât și natura erorii (faza sau flipul de biți). Aici, Amazon presupune că toate erorile sunt flipuri de fază, iar echipa sa poate identifica locația flip -ului pe baza care dintre transmane detectează o eroare, așa cum arată steagurile roșii din diagrama de mai sus. Permite un qubit logic care folosește mult mai puține qub -uri și măsurători hardware pentru a obține un nivel dat de corecție a erorilor.

Provocarea oricărei configurații de corecție a erorilor este că fiecare qubit hardware implicat este predispusă la erori. Adăugarea prea multor în sistemul de corectare a erorilor va însemna că este posibil să apară mai multe erori simultan într-un mod care determină o corecție a erorilor să devină imposibilă. Odată ce rata de eroare a qubit -urilor hardware devine suficient de scăzută, cu toate acestea, adăugarea de qubit -uri suplimentare va reduce rata de eroare.

Deci, măsurarea cheie făcută aici este compararea unui lanț care are trei qubit -uri de pisică și doi transmane cu unul care are cinci qubit -uri de pisici și patru transmane. Aceste măsurători au arătat că cele cinci lanțuri de qubit au o rată de eroare mai mică decât cea mai mică. Acest lucru arată că hardware -ul este acum într -o stare în care corectarea erorilor oferă un beneficiu.

10 comentarii