Silicijevo kvantno računalništvo prvič doseže 99-odstotno natančnost

Kvantni računalniki, izdelani iz istih surovin kot standardni računalniški čipi, očitno obetajo, vendar so se do zdaj borili z visokimi stopnjami napak. Zdi se, da je to nastavljeno na change po novi raziskavi kažejoed silicijevi kubiti so zdaj dovolj natančni za izvajanje priljubljene kode za popravljanje napak.

Kvantni računalniki, ki danes polnijo vse naslovnice, so običajno narejeni s pomočjo superprevodnih kubitov, kot so Googlovi in IBMali ujetih ionov, kot so tisti iz IonQ in Honeywell. Toda kljub svojim impresivnim podvigom zavzamejo cele sobe in jih morajo skrbno ročno izdelati nekateri najbistrejši umi sveta.

Zato si drugi želijo pomagati pri prebojih miniaturizacije in izdelave, ki smo jih dosegli s konvencionalnimi računalniški čipi z gradnjo kvantnih procesorjev iz silicija. Na tem področju že leta potekajo raziskave, tjt 'ni presenetljivo pot, ki jo Intel ubira v kvantni tekmi. Toda kljub napredku so silicijeve kubite pestile visoke stopnje napak, ki so omejile njihovo uporabnost.

Občutljiva narava kvantnih stanj pomeni, da so napake problem za vse te tehnologije in da bodo potrebne sheme za popravljanje napak, da bo katera koli od njih dosegla pomemben obseg. Toda te sheme bodo delovale le, če bo mogoče stopnje napak vzdrževati dovolj nizko; v bistvu morate biti sposobni popraviti napake hitreje, kot se pojavijo.

Najbolj obetavna družina shem za odpravljanje napak danes je znana kot "površinske kode" in zahteva operacije na kubitih ali med njimi, da delujejo z natančnostjo nad 99 odstotkov. To se je dolgo izmikalo silicijevim kubitom, vendar v najnovejša številka Narava tri ločene skupine poročajo, da so presegle ta ključni prag.

Prva dva prispevka raziskovalcev na RIKEN na Japonskem in QuTech, sodelovanje med Univerzo za tehnologijo Delft in nizozemsko organizacijo za uporabne znanstvene raziskave, uporabljajo kvantne pike za kubite. To so majhne pasti, izdelane iz polprevodnikov, v katerih je en sam elektron. Informacije je mogoče kodirati v kubite z manipulacijo vrtenja elektronov, temeljne lastnosti osnovnih delcev.

Ključ do preboja obeh skupins se je v glavnem zmanjšal na skrbno načrtovanje kubitov in nadzornih sistemov. Toda skupina QuTech je uporabila tudi diagnostično orodje razvili raziskovalci v Sandia National Laboratories za odpravljanje napak in natančno nastavitev njihovega sistema, medtem ko je ekipa RIKEN odkrila, daping hitrost operacij je povečala zvestobo.

Tretja skupina iz Univerza New South Wales ubral nekoliko drugačen pristop, pri čemer je kot svoje kubite uporabil atome fosforja, vdelane v silicijevo mrežo. Ti atomi lahko zadržijo svoje kvantno stanje izjemno dolgo v primerjavi z večino drugih kubitov, vendar je kompromis v tem, da jih je težko pripraviti do interakcije. Rešitev skupine je bila, da dva od teh fosforjevih atomov zaplete z elektronom, kar jima omogoči, da se pogovarjata drug z drugim.

Vse tri skupine so lahko dosegle zvestobe nad 99 odstotkov tako za operacije z enim kubitom kot za operacije z dvema kubitoma, kar presega prag popravljanja napak. Uspelo jim je celo izvesti nekaj osnovnih dokaznih izračunov s svojimi sistemi. Kljub temu so še daleč od izdelave kvantnega procesorja, odpornega na napake, iz silicija.

Doseganje visoko zvestobe qubit operacij je samo ena zahtev za učinkovito odpravljanje napak. Drugi je imeti veliko število rezervnih kubitov, ki jih je mogoče nameniti tej nalogi, medtem ko se preostali osredotočajo na kakršno koli težavo, ki je bila nastavljena procesorju.

Kot spremljevalec analiza v Narava Upoštevajte, da bo dodajanje več kubitov v te sisteme zagotovo zapletlo stvari, vzdrževanje enake zvestobe v večjih sistemih pa bo težko. Iskanje potis izziv bo tudi povezovanje kubitov v velikih sistemih.

Vendar pa je obljuba, da bomo lahko zgradili kompaktne kvantne računalnike z uporabo istega preizkušenegaulica tehnologije, kot kažejo obstoječi računalniki, so to težave, ki jih je vredno poskusiti rešiti.

Kreditno slike: UNSW/Tony Melov

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