Silicon Quantum Computing po raz pierwszy osiąga 99-procentową dokładność

Komputery kwantowe wykonane z tych samych surowców, co standardowe chipy komputerowe, są oczywistą obietnicą, ale jak dotąd borykały się z wysokimi wskaźnikami błędów. To wydaje się ustawione na change po nowym pokazie badawczymed kubity krzemowe są teraz wystarczająco dokładne, aby uruchomić popularny kod korygujący błędy.

Komputery kwantowe, które dziś trafiają na wszystkie nagłówki gazet, są zwykle tworzone przy użyciu kubitów nadprzewodzących, takich jak te z Google i IBMlub uwięzione jony, takie jak te z IonQ i Honeywell. Ale pomimo imponujących wyczynów zajmują całe pokoje i muszą być starannie wykonane ręcznie przez niektóre z najbystrzejszych umysłów na świecie.

Dlatego inni chętnie korzystają z miniaturyzacji i przełomów w produkcji, których dokonaliśmy w przypadku konwencjonalnych urządzeń czipy komputerowe budując procesory kwantowe z krzemu. Badania w tej dziedzinie prowadzone są od lat, m.int 'Nic dziwnego, że jest to droga, którą podąża Intel w wyścigu kwantowym. Jednak pomimo postępu kubity krzemowe są nękane wysokimi wskaźnikami błędów, które ograniczają ich użyteczność.

Delikatna natura stanów kwantowych oznacza, że ​​błędy stanowią problem dla wszystkich tych technologii, a schematy korekcji błędów będą wymagane, aby każda z nich osiągnęła znaczącą skalę. Ale te schematy będą działać tylko wtedy, gdy poziomy błędów będą utrzymywane na wystarczająco niskim poziomie; Zasadniczo musisz być w stanie poprawiać błędy szybciej niż się pojawiają.

Najbardziej obiecująca rodzina schematów korekcji błędów jest obecnie znana jako „kody powierzchniowe” i wymaga operacji na kubitach lub pomiędzy kubitami, aby działać z dokładnością powyżej 99 procent. To od dawna wymykało się kubitom krzemowym, ale w ostatnie wydanie Natura trzy oddzielne grupy zgłaszają przekroczenie tego kluczowego progu.

Pierwsze dwa artykuły badaczy z RIKEN w Japonii i QuTech, we współpracy między Delft University of Technology i Holenderską Organizacją Stosowanych Badań Naukowych, używa kropek kwantowych jako kubitów. Są to maleńkie pułapki wykonane z półprzewodników, w których znajduje się pojedynczy elektron. Informacje można zakodować w kubitach, manipulując spinem elektronów, podstawową właściwością cząstek elementarnych.

Klucz do przełomu obu grups sprowadzało się przede wszystkim do starannej inżynierii kubitów i systemów sterowania. Ale grupa QuTech również korzystała narzędzie diagnostyczne opracowany przez naukowców z Sandia National Laboratories w celu debugowania i dostrajania ich systemu, podczas gdy zespół RIKEN odkrył, żeświst szybkość operacji zwiększyła wierność.

Trzecia grupa z University of New South Wales przyjęli nieco inne podejście, używając atomów fosforu osadzonych w siatce krzemowej jako kubitów. Atomy te mogą utrzymywać swój stan kwantowy przez bardzo długi czas w porównaniu z większością innych kubitów, ale kompromis polega na tym, że trudno jest zmusić je do interakcji. Rozwiązaniem grupy było splątanie dwóch z tych atomów fosforu z elektronem, co umożliwi im rozmowę.

Wszystkie trzy grupy były w stanie osiągnąć wierność powyżej 99 procent zarówno dla operacji z pojedynczym kubitem, jak iz dwoma kubitami, co przekracza próg korekcji błędów. Udało im się nawet przeprowadzić kilka podstawowych obliczeń sprawdzających zasadę przy użyciu swoich systemów. Niemniej jednak daleko im jeszcze do stworzenia odpornego na awarie procesora kwantowego z krzemu.

Osiągnięcie operacji kubitowych o wysokiej wierności jest tylko pierwszej wymagań dotyczących skutecznej korekcji błędów. Drugi to posiadanie dużej liczby zapasowych kubitów, które można przeznaczyć na to zadanie, podczas gdy pozostałe skupiają się na zadanym przez procesor problemie.

Jako towarzyszący analiza w Natura zauważa, dodanie większej liczby kubitów do tych systemów z pewnością skomplikuje sprawę, a utrzymanie tej samej wierności w większych systemach będzie trudne. Znalezienie drogis wyzwaniem będzie również łączenie kubitów w dużych systemach.

Jednak obietnica możliwości zbudowania kompaktowych komputerów kwantowych przy użyciu tych samych wypróbowanych i sprawdzonych rozwiązańulica technologii, jak sugerują istniejące komputery, są to problemy, które warto spróbować rozwiązać.

Kredytowych Image: UNSW/Tony Melov

Źródło: https://singularityhub.com/2022/01/21/silicon-quantum-computing-achieves-99-percent-accuracy-for-the-first-time/