Кремниевые квантовые вычисления впервые достигают 99-процентной точности

Квантовые компьютеры, сделанные из того же сырья, что и стандартные компьютерные чипы, имеют очевидные перспективы, но до сих пор они боролись с высоким уровнем ошибок. Кажется, это чанge после нового исследования показываютed кремниевые кубиты теперь достаточно точны, чтобы запускать популярный код исправления ошибок.

Квантовые компьютеры, о которых сегодня пишут все заголовки, как правило, создаются с использованием сверхпроводящих кубитов, например, от Google и IBM, или захваченные ионы, например, от IonQ и Honeywell. Но, несмотря на их впечатляющие подвиги, они занимают целые комнаты и должны быть кропотливо изготовлены вручную одними из самых ярких умов мира.

Вот почему другие стремятся использовать прорывы в миниатюризации и производстве, которые мы сделали с помощью обычных компьютерные чипы путем создания квантовых процессоров из кремния. Исследования в этой области ведутся уже много лет, и ят»Неудивительно, что Intel выбрала путь в квантовой гонке. Но, несмотря на прогресс, кремниевые кубиты страдают от высокой частоты ошибок, что ограничивает их полезность.

Деликатный характер квантовых состояний означает, что ошибки являются проблемой для всех этих технологий, и для того, чтобы любая из них достигла значительных масштабов, потребуются схемы исправления ошибок. Но эти схемы будут работать только в том случае, если уровень ошибок будет достаточно низким; по сути, вы должны иметь возможность исправлять ошибки быстрее, чем они появляются.

Наиболее многообещающее семейство схем исправления ошибок сегодня известно как «поверхностные коды», и они требуют операций над кубитами или между ними для работы с точностью выше 99. процент. Это долгое время ускользало от кремниевых кубитов, но в последний выпуск природа три отдельные группы сообщают о преодолении этого критического порога.

Первые две статьи исследователей из RIKEN в Японии и QuTech, сотрудничество между Делфтским технологическим университетом и Нидерландской организацией прикладных научных исследований использует квантовые точки для кубитов. Это крошечные ловушки, сделанные из полупроводников, в которых находится один электрон. Информацию можно закодировать в кубиты, манипулируя спином электронов, фундаментальным свойством элементарных частиц.

Ключ к прорыву обеих группs прежде всего благодаря тщательной разработке кубитов и систем управления. Но группа QuTech также использовала диагностический инструмент разработан исследователями из Sandia National Laboratories для отладки и тонкой настройки своей системы, в то время как команда RIKEN обнаружила, что допинг скорость операций повысила точность.

Третья группа из Университет Нового Южного Уэльса использовали несколько иной подход, используя в качестве своих кубитов атомы фосфора, встроенные в решетку кремния. Эти атомы могут сохранять свое квантовое состояние очень долгое время по сравнению с большинством других кубитов, но компромисс заключается в том, что их трудно заставить взаимодействовать. Решение группы состояло в том, чтобы связать два из этих атомов фосфора с электроном, что позволяет им общаться друг с другом.

Все три группы смогли достичь точности выше 99. процент как для операций с одним кубитом, так и для операций с двумя кубитами, что превышает порог коррекции ошибок. Им даже удалось провести некоторые базовые расчеты проверки принципа, используя свои системы. Тем не менее, им еще далеко до создания отказоустойчивого квантового процессора из кремния.

Достижение высокой точности операций с кубитами one требований к эффективному исправлению ошибок. Другой — наличие большого количества запасных кубитов, которые можно выделить для этой задачи, в то время как оставшиеся фокусируются на любой задаче, поставленной процессором.

В качестве сопровождающего анализ в природа отмечает, что добавление большего количества кубитов в эти системы, безусловно, усложнит ситуацию, и поддерживать ту же точность в более крупных системах будет сложно. Поиск путиs соединение кубитов в больших системах также будет проблемой.

Однако перспектива создания компактных квантовых компьютеров с использованием того же проверенногоулица технологии, поскольку существующие компьютеры предполагают, что это проблемы, которые стоит попытаться решить.

Изображение Фото: UNSW / Тони Мелов

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