'Komputasi kuantum yang andal ada di sini': Pendekatan baru untuk koreksi kesalahan dapat mengurangi kesalahan dalam sistem masa depan hingga 1.000 kali, kata ilmuwan Microsoft
Ilmuwan komputer mengatakan mereka telah memecahkan sains di balik koreksi kesalahan di komputer kuantum berkat “kode 4D” baru.
Dikembangkan oleh Microsoft, kode baru terungkap dalam a Posting Blog Diterbitkan 19 Juni dan dimaksudkan untuk mengatasi masalah toleransi kesalahan – kemacetan terbesar komputasi kuantum.
Semua komputer dapat menghasilkan kesalahan. Dalam komputasi klasik, koreksi kesalahan dicapai dengan membuat banyak salinan dari setiap bit informasi yang dikirim. Jika satu atau lebih bit hilang atau rusak, bit yang tersisa masih berisi informasi asli.
QubitNamun, tidak dapat disalin. Mereka juga tidak dapat diukur tanpa mengalami apa yang disebut “runtuh.” Ini membuatnya jauh lebih menantang untuk mendeteksi dan mengurangi kesalahan (yang terjadi pada tingkat yang jauh lebih tinggi daripada dalam potongan klasik) saat itu terjadi.
Pengaturan koreksi kesalahan kuantum yang khas melibatkan penambahan qubit “fisik” tambahan ke suatu sistem. Qubit ini terjerat dengan qubit “logis” yang biasanya membawa informasi kuantum. Alih -alih mengukur qubit logis, sehingga menyebabkan keruntuhan ini, para ilmuwan dapat memeriksa kesalahan dengan mengukur qubit fisik yang terjerat. Ini memungkinkan proses perhitungan untuk melanjutkan.
Para ilmuwan biasanya menggunakan kode 4D dalam proses koreksi kesalahan kuantum dengan menciptakan kembali topologi permukaan pemrosesan kuantum pada kisi empat dimensi. Ini menciptakan bentuk memori kuantum yang mengoreksi diri.
Terkait: 'The Science is Soulved': IBM untuk Membangun Monster 10.000-Quit Quantum Computer Pada tahun 2029
Masalahnya adalah bahwa sebagian besar teknik koreksi kesalahan saat ini sulit untuk skala, intensif sumber daya, atau keduanya. Semakin banyak qubit fisik yang diperlukan untuk memberikan toleransi kesalahan untuk sistem kuantum, dan semakin banyak koreksi kesalahan yang diperlukan, semakin banyak energi yang diperlukan untuk perhitungan.
“Kode geometrik empat dimensi novel Microsoft memerlukan sangat sedikit qubit fisik per qubit logis, dapat memeriksa kesalahan dalam satu bidikan, dan menunjukkan pengurangan 1.000 kali lipat dalam tingkat kesalahan,” kata Technical Fellow pengembangan kuantum canggih di Microsoft Quantum, Krysta Svoredi posting blog.
Twist untuk koreksi kesalahan kuantum
Temuan, diunggah 18 Juni ke arxiv Preprint Database, pusat pada menempatkan twist literal pada kode geometrik 4D berbentuk torus yang digunakan untuk koreksi kesalahan dalam sistem komputasi kuantum tertentu.
Para ilmuwan mengembangkan kode geometris yang dapat dilapis dalam suatu sistem untuk mendeteksi kesalahan menggunakan topografi empat dimensi. Kode 4D ini menghubungkan ruang sampel (di mana kode koreksi berjalan) ke ruang operasional (di mana qubit berisi informasi) melalui keterikatan.
Ini bekerja dalam empat dimensi menggunakan ekspresi matematika yang, pada dasarnya, memungkinkan titik keterikatan untuk membuat koneksi di atas permukaan “torus,” yang dapat dibayangkan sebagai bentuk donat.
Sedangkan kode 4D telah digunakan untuk membuat Memori kuantum yang mengoreksi diri Di masa lalu, penggunaannya di sini dianggap baru karena para peneliti menghitung “twist” dalam geometri yang memungkinkan jumlah kode yang sama untuk mencakup jumlah ruang sistem yang sama menggunakan keterlibatan qubit fisik yang lebih sedikit.
Dengan “memutar” geometri, overlay kode 4D menciptakan ruang representasional yang lebih besar yang mencerminkan sebagian besar keadaan kuantum dari qubit aktual yang digunakan. Melakukan hal itu memungkinkan para peneliti untuk mendeteksi kesalahan dalam kode tanpa mengganggu proses kuantum aktual yang terjadi dalam sistem.
Para peneliti menjalankan kode “bengkok” baru mereka pada komputer kuantum yang ada dan secara eksperimental mengkonfirmasi teori mereka dalam kertas pracetak yang terpisah, diterbitkan ke server preprint arxiv di 13 Juni. Belum ada kertas yang ditinjau oleh peer.
“Komputer kuantum yang toleran terhadap kesalahan universal dapat direalisasikan menggunakan kode geometris 4D, yang dirancang untuk memungkinkan secara efisien mewujudkan peningkatan jumlah qubit logis dengan jumlah qubit fisik yang sederhana, sementara memungkinkan siklus logis mendalam dan toleransi kesalahan universal,” kata para ilmuwan dalam penelitian ini.
Selain itu, para peneliti konon menunjukkan teknik inovatif untuk “mengganti” atom yang digunakan sebagai qubit ketika mereka hilang. Dalam sistem komputasi kuantum tertentu, qubit dibuat dengan merebut atom netral dengan pinset laser dan menjebaknya di tempat. Selama perhitungan, atom -atom ini dapat hilang atau dijatuhkan.
Para peneliti mengatakan mereka dapat menggantikan atom yang hilang di tengah siklus menggunakan balok atom untuk memaksa atom baru ke dalam array tanpa mengganggu perhitungan-yang pertama, kata para ilmuwan dalam penelitian ini.
Berdasarkan temuan, keluarga kode 4D yang baru dapat mewakili terobosan kedua dalam koreksi kesalahan kuantum dalam beberapa minggu. Pada 10 Juni, IBM membuat pernyataan serupa Ketika diumumkan bahwa ia telah mengembangkan teknik koreksi kesalahan kuantum yang akan mengarah pada pengembangan komputer kuantum yang terbukti berguna pada tahun 2029.
Di mana metode baru IBM menggunakan pendekatan pengembangan top-down yang memanfaatkan perangkat kerasnya yang dipesan lebih dahulu, Microsoft dibangun dari bawah ke atas untuk mengatasi toleransi kesalahan menggunakan pendekatan yang mungkin memiliki aplikasi lain di luar perangkat keras dan kasus penggunaan yang diuji.
