Máy tính lượng tử Silicon Lần đầu tiên đạt được độ chính xác 99 phần trăm

Máy tính lượng tử được làm từ cùng nguyên liệu thô như chip máy tính tiêu chuẩn có nhiều hứa hẹn nhưng cho đến nay chúng vẫn phải vật lộn với tỷ lệ lỗi cao. Điều đó có vẻ được đặt cho change sau chương trình nghiên cứu mớied qubit silicon hiện đủ chính xác để chạy mã sửa lỗi phổ biến.

Các máy tính lượng tử thu hút mọi sự chú ý ngày nay có xu hướng được tạo ra bằng cách sử dụng qubit siêu dẫn, chẳng hạn như của Google và IBMhoặc các ion bị bẫy, chẳng hạn như các ion từ IonQ và Honeywell. Nhưng bất chấp những chiến công ấn tượng, chúng chiếm toàn bộ căn phòng và phải được một số bộ óc thông minh nhất thế giới làm thủ công một cách tỉ mỉ.

Đó là lý do tại sao những người khác lại muốn tận dụng những đột phá về chế tạo và thu nhỏ mà chúng tôi đã đạt được với các phương pháp truyền thống. chip máy tính bằng cách xây dựng bộ xử lý lượng tử từ silicon. Nghiên cứu đã diễn ra trong lĩnh vực này trong nhiều năm và tôit 'Không có gì ngạc nhiên khi con đường mà Intel đang đi trong cuộc đua lượng tử. Nhưng bất chấp sự tiến bộ, qubit silicon vẫn gặp khó khăn do tỷ lệ lỗi cao khiến tính hữu dụng của chúng bị hạn chế.

Bản chất mong manh của các trạng thái lượng tử có nghĩa là lỗi là vấn đề đối với tất cả các công nghệ này và sẽ cần có các kế hoạch sửa lỗi để bất kỳ công nghệ nào trong số chúng đạt được quy mô đáng kể. Nhưng những kế hoạch này sẽ chỉ có hiệu quả nếu tỷ lệ lỗi được giữ ở mức đủ thấp; về cơ bản, bạn cần có khả năng sửa lỗi nhanh hơn chúng xuất hiện.

Nhóm sơ đồ sửa lỗi hứa hẹn nhất hiện nay được gọi là “mã bề mặt” và chúng yêu cầu các thao tác trên hoặc giữa các qubit để hoạt động với độ chính xác trên 99 phần trăm. Điều đó từ lâu đã vượt qua được qubit silicon, nhưng trong vấn đề mới nhất của Thiên nhiên ba nhóm riêng biệt báo cáo đã phá vỡ ngưỡng quan trọng này.

Hai bài báo đầu tiên của các nhà nghiên cứu tại RIKEN ở Nhật Bản và QuTech, sự hợp tác giữa Đại học Công nghệ Delft và Tổ chức Nghiên cứu Khoa học Ứng dụng Hà Lan, sử dụng chấm lượng tử cho qubit. Đây là những cái bẫy nhỏ được làm từ chất bán dẫn chứa một electron. Thông tin có thể được mã hóa thành các qubit bằng cách điều khiển spin của electron, một tính chất cơ bản của các hạt cơ bản.

Chìa khóa cho sự bứt phá của cả hai nhóms chủ yếu phụ thuộc vào kỹ thuật cẩn thận của qubit và hệ thống điều khiển. Nhưng nhóm QuTech cũng đã sử dụng một công cụ chẩn đoán được các nhà nghiên cứu tại Phòng thí nghiệm quốc gia Sandia phát triển để gỡ lỗi và tinh chỉnh hệ thống của họ, trong khi nhóm RIKEN phát hiện ra rằngping tốc độ hoạt động tăng cường độ trung thực.

Nhóm thứ ba từ Đại học New South Wales đã thực hiện một cách tiếp cận hơi khác, sử dụng các nguyên tử phốt pho được nhúng vào mạng silicon làm qubit của chúng. Những nguyên tử này có thể giữ trạng thái lượng tử của chúng trong thời gian cực dài so với hầu hết các qubit khác, nhưng đổi lại là rất khó để chúng tương tác. Giải pháp của nhóm là làm vướng víu hai nguyên tử phốt pho này bằng một electron, điều này cho phép chúng liên lạc với nhau.

Cả ba nhóm đều có thể đạt được độ chính xác trên 99 phần trăm cho cả hoạt động qubit đơn và hai qubit, vượt qua ngưỡng sửa lỗi. Họ thậm chí còn thực hiện được một số tính toán chứng minh nguyên tắc cơ bản bằng cách sử dụng hệ thống của mình. Tuy nhiên, họ vẫn còn lâu mới tạo ra được bộ xử lý lượng tử có khả năng chịu lỗi từ silicon.

Việc đạt được các hoạt động qubit có độ chính xác cao chỉ là một các yêu cầu để sửa lỗi hiệu quả. Cách còn lại là có một số lượng lớn qubit dự phòng có thể được dành riêng cho nhiệm vụ này, trong khi những qubit còn lại tập trung vào bất kỳ vấn đề nào mà bộ xử lý đã đặt ra.

Với tư cách là người đi cùng phân tích trong Thiên nhiên lưu ý, việc thêm nhiều qubit hơn vào các hệ thống này chắc chắn sẽ làm phức tạp mọi thứ và việc duy trì độ trung thực tương tự trong các hệ thống lớn hơn sẽ rất khó khăn. Tìm đườngs để kết nối các qubit trên các hệ thống lớn cũng sẽ là một thách thức.

Tuy nhiên, lời hứa về việc có thể chế tạo các máy tính lượng tử nhỏ gọn bằng cách sử dụng cùng một phương pháp thử nghiệmđường phố công nghệ như các máy tính hiện có cho thấy đây là những vấn đề đáng để cố gắng giải quyết.

Ảnh: UNSW/Tony Melov

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