25 Σεπτεμβρίου 2023 — Ερευνητές του MIT αναφέρουν ότι έχουν επιδείξει μια νέα υπεραγώγιμη αρχιτεκτονική qubit που μπορεί να εκτελεί λειτουργίες μεταξύ qubits με μεγαλύτερη ακρίβεια, αντιμετωπίζοντας ένα εμπόδιο στην εμπορική χρήση κβαντικών υπολογιστών: διόρθωση σφαλμάτων.
Οι ερευνητές χρησιμοποίησαν έναν σχετικά νέο τύπο υπεραγώγιμου qubit, γνωστό ως fluxonium, το οποίο μπορεί να έχει διάρκεια ζωής μεγαλύτερη από τα πιο συχνά χρησιμοποιούμενα υπεραγώγιμα qubit. Για να πραγματοποιηθεί η υπόσχεση ή ο κβαντικός υπολογισμός, οι κβαντικές εκδόσεις των κωδικών διόρθωσης σφαλμάτων πρέπει να είναι σε θέση να υπολογίζουν τα υπολογιστικά σφάλματα ταχύτερα από ό,τι συμβαίνουν. Ωστόσο, οι σημερινοί κβαντικοί υπολογιστές δεν είναι ακόμη αρκετά ισχυροί για να πραγματοποιήσουν τέτοια διόρθωση σφαλμάτων σε εμπορικά σχετικές κλίμακες.
Η αρχιτεκτονική που χρησιμοποιείται από τους ερευνητές του MIT περιλαμβάνει ένα ειδικό στοιχείο σύζευξης μεταξύ δύο qubit fluxonium που τους επιτρέπει να εκτελούν λογικές λειτουργίες, γνωστές ως πύλες, με πολύ ακριβή τρόπο. Καταστέλλει έναν τύπο ανεπιθύμητης αλληλεπίδρασης φόντου που μπορεί να εισάγει σφάλματα σε κβαντικές λειτουργίες.
Αυτή η προσέγγιση επέτρεψε τις πύλες δύο qubit που ξεπερνούσαν το 99.9 τοις εκατό ακρίβεια και τις πύλες ενός qubit με ακρίβεια 99.99 τοις εκατό. Επιπλέον, οι ερευνητές εφάρμοσαν αυτήν την αρχιτεκτονική σε ένα τσιπ χρησιμοποιώντας μια επεκτάσιμη διαδικασία κατασκευής.
«Η κατασκευή ενός κβαντικού υπολογιστή μεγάλης κλίμακας ξεκινά με ισχυρά qubits και πύλες. Δείξαμε ένα πολλά υποσχόμενο σύστημα δύο qubit και παρουσιάσαμε τα πολλά πλεονεκτήματά του για την κλιμάκωση. Το επόμενο βήμα μας είναι να αυξήσουμε τον αριθμό των qubits», λέει ο Leon Ding PhD '23, ο οποίος ήταν μεταπτυχιακός φοιτητής φυσικής στην ομάδα Engineering Quantum Systems (EQuS) και είναι ο κύριος συγγραφέας μιας εργασίας σχετικά με αυτήν την αρχιτεκτονική.
Ο Ding έγραψε την εργασία με τον Max Hays, μεταδιδακτορικό EQuS. Youngkyu Sung PhD '22; Bharath Kannan PhD '22, ο οποίος είναι τώρα Διευθύνων Σύμβουλος της Atlantic Quantum. Kyle Serniak, επιστήμονας του προσωπικού και επικεφαλής της ομάδας στο MIT Lincoln Laboratory. και ανώτερος συγγραφέας William D. Oliver, ο Henry Ellis Warren καθηγητής ηλεκτρολογίας και επιστήμης υπολογιστών και φυσικής, διευθυντής του Κέντρου Κβαντικής Μηχανικής, επικεφαλής του EQuS και αναπληρωτής διευθυντής του Ερευνητικού Εργαστηρίου Ηλεκτρονικής. καθώς και άλλοι στο MIT και στο MIT Lincoln Laboratory. Η έρευνα εμφανίζεται σήμερα στο Φυσική εξέταση X.
Νέα έκδοση για το Fluxonium Qubit
Σε έναν κλασικό υπολογιστή, οι πύλες είναι λογικές πράξεις που εκτελούνται σε bit (μια σειρά από 1 και 0) που επιτρέπουν τον υπολογισμό. Πύλες μέσα κβαντική υπολογιστική μπορεί να θεωρηθεί με τον ίδιο τρόπο — μια απλή πύλη qubit είναι μια λογική πράξη σε ένα qubit, ενώ μια πύλη δύο qubit είναι μια λειτουργία που εξαρτάται από τις καταστάσεις δύο συνδεδεμένων qubit.
Η πιστότητα μετρά την ακρίβεια των κβαντικών λειτουργιών που εκτελούνται σε αυτές τις πύλες. Οι πύλες με την υψηλότερη δυνατή πιστότητα είναι απαραίτητες επειδή τα κβαντικά σφάλματα συσσωρεύονται εκθετικά. Με δισεκατομμύρια κβαντικές λειτουργίες που λαμβάνουν χώρα σε ένα σύστημα μεγάλης κλίμακας, ένα φαινομενικά μικρό ποσό σφάλματος μπορεί γρήγορα να προκαλέσει την αποτυχία ολόκληρου του συστήματος.
Στην πράξη, κάποιος θα χρησιμοποιούσε κωδικούς διόρθωσης σφαλμάτων για να επιτύχει τόσο χαμηλά ποσοστά σφαλμάτων. Ωστόσο, υπάρχει ένα «όριο πιστότητας» που πρέπει να ξεπεράσουν οι λειτουργίες για την εφαρμογή αυτών των κωδικών. Επιπλέον, η ώθηση των πιστοτήτων πολύ πέρα από αυτό το όριο μειώνει τα γενικά έξοδα που απαιτούνται για την εφαρμογή κωδικών διόρθωσης σφαλμάτων.
Για περισσότερο από μια δεκαετία, οι ερευνητές χρησιμοποίησαν κυρίως qubits transmon στις προσπάθειές τους να κατασκευάσουν κβαντικούς υπολογιστές. Ένας άλλος τύπος υπεραγώγιμου qubit, γνωστός ως qubit fluxonium, δημιουργήθηκε πιο πρόσφατα. Τα qubits fluxonium έχουν αποδειχθεί ότι έχουν μεγαλύτερη διάρκεια ζωής ή χρόνους συνοχής από τα qubit transmon.
Ο χρόνος συνοχής είναι ένα μέτρο του χρόνου που ένα qubit μπορεί να εκτελέσει λειτουργίες ή να εκτελέσει αλγόριθμους πριν χαθούν όλες οι πληροφορίες στο qubit.
«Όσο περισσότερο ζει ένα qubit, τόσο μεγαλύτερη πιστότητα είναι οι λειτουργίες που τείνει να προωθήσει. Αυτοί οι δύο αριθμοί συνδέονται μεταξύ τους. Αλλά ήταν ασαφές, ακόμη και όταν τα ίδια τα qubits fluxonium αποδίδουν αρκετά καλά, αν μπορείτε να εκτελέσετε καλές πύλες σε αυτά», λέει ο Ding.
Για πρώτη φορά, ο Ding και οι συνεργάτες του βρήκαν έναν τρόπο να χρησιμοποιήσουν αυτά τα qubits μεγαλύτερης διάρκειας ζωής σε μια αρχιτεκτονική που μπορεί να υποστηρίξει εξαιρετικά στιβαρές, υψηλής πιστότητας πύλες. Στην αρχιτεκτονική τους, τα qubit fluxonium ήταν σε θέση να επιτύχουν χρόνους συνοχής περισσότερο από ένα χιλιοστό του δευτερολέπτου, περίπου 10 φορές μεγαλύτερους από τα παραδοσιακά qubit transmon.
«Τα τελευταία δύο χρόνια, υπήρξαν αρκετές επιδείξεις του φλουξονίου που ξεπερνά τα transmons σε επίπεδο ενός qubit», λέει ο Hays. "Η δουλειά μας δείχνει ότι αυτή η ώθηση απόδοσης μπορεί να επεκταθεί και στις αλληλεπιδράσεις μεταξύ των qubits."
Τα qubits fluxonium αναπτύχθηκαν σε στενή συνεργασία με το MIT Lincoln Laboratory, (MIT-LL), το οποίο διαθέτει τεχνογνωσία στο σχεδιασμό και την κατασκευή επεκτάσιμων υπεραγώγιμων τεχνολογιών qubit.
«Αυτό το πείραμα ήταν υποδειγματικό αυτού που ονομάζουμε «μοντέλο μιας ομάδας»: τη στενή συνεργασία μεταξύ της ομάδας EQuS και της ομάδας υπεραγώγιμων qubit στο MIT-LL», λέει ο Serniak. "Αξίζει να τονιστεί εδώ συγκεκριμένα η συμβολή της ομάδας κατασκευής στο MIT-LL - ανέπτυξαν την ικανότητα να κατασκευάζουν πυκνές συστοιχίες περισσότερων από 100 συνδέσεων Josephson ειδικά για fluxoniums και άλλα νέα κυκλώματα qubit."
Μια ισχυρότερη σύνδεση
Η πρωτότυπη αρχιτεκτονική τους περιλαμβάνει ένα κύκλωμα που έχει δύο qubits fluxonium σε κάθε άκρο, με έναν ρυθμιζόμενο ζεύκτη transmon στη μέση για να τα ενώνει μεταξύ τους. Αυτή η αρχιτεκτονική fluxonium-transmon-fluxonium (FTF) επιτρέπει μια ισχυρότερη σύζευξη από τις μεθόδους που συνδέουν απευθείας δύο qubits fluxonium.
Το FTF ελαχιστοποιεί επίσης τις ανεπιθύμητες αλληλεπιδράσεις που συμβαίνουν στο παρασκήνιο κατά τη διάρκεια κβαντικών λειτουργιών. Συνήθως, οι ισχυρότερες συνδέσεις μεταξύ των qubits μπορούν να οδηγήσουν σε περισσότερο από αυτόν τον επίμονο θόρυβο του περιβάλλοντος, γνωστό ως στατικές αλληλεπιδράσεις ZZ. Αλλά η αρχιτεκτονική FTF διορθώνει αυτό το πρόβλημα.
Η ικανότητα καταστολής αυτών των ανεπιθύμητων αλληλεπιδράσεων και οι μεγαλύτεροι χρόνοι συνοχής των qubit fluxonium είναι δύο παράγοντες που επέτρεψαν στους ερευνητές να επιδείξουν πιστότητα πύλης ενός qubit 99.99 τοις εκατό και πιστότητα πύλης δύο qubit 99.9 τοις εκατό.
Αυτές οι πιστότητες πύλης είναι πολύ πάνω από το όριο που απαιτείται για ορισμένους κοινούς κωδικούς διόρθωσης σφαλμάτων και θα πρέπει να επιτρέπουν τον εντοπισμό σφαλμάτων σε συστήματα μεγαλύτερης κλίμακας.
«Η κβαντική διόρθωση σφαλμάτων χτίζει την ανθεκτικότητα του συστήματος μέσω του πλεονασμού. Προσθέτοντας περισσότερα qubits, μπορούμε να βελτιώσουμε τη συνολική απόδοση του συστήματος, υπό την προϋπόθεση ότι τα qubits είναι ξεχωριστά «αρκετά καλά». Σκεφτείτε να προσπαθήσετε να εκτελέσετε μια εργασία με ένα δωμάτιο γεμάτο νηπιαγωγεία. Αυτό είναι πολύ χάος και η προσθήκη περισσότερων νηπιαγωγών δεν θα το κάνει καλύτερο», εξηγεί ο Oliver. «Ωστόσο, αρκετοί ώριμοι μεταπτυχιακοί φοιτητές που εργάζονται μαζί οδηγεί σε απόδοση που ξεπερνά κάθε ένα από τα άτομα — αυτή είναι η έννοια του κατωφλίου. Ενώ υπάρχουν ακόμη πολλά να γίνουν για την κατασκευή ενός επεκτάσιμου κβαντικού υπολογιστή, ξεκινά με την ύπαρξη κβαντικών λειτουργιών υψηλής ποιότητας που είναι πολύ πάνω από το όριο».
Με βάση αυτά τα αποτελέσματα, οι Ding, Sung, Kannan, Oliver και άλλοι ίδρυσαν πρόσφατα μια startup κβαντικών υπολογιστών, Atlantic Quantum. Η εταιρεία επιδιώκει να χρησιμοποιήσει qubits fluxonium για την κατασκευή ενός βιώσιμου κβαντικού υπολογιστή για εμπορικές και βιομηχανικές εφαρμογές.
«Αυτά τα αποτελέσματα είναι άμεσα εφαρμόσιμα και θα μπορούσαν να αλλάξουν την κατάσταση ολόκληρου του πεδίου. Αυτό δείχνει στην κοινότητα ότι υπάρχει μια εναλλακτική πορεία προς τα εμπρός. Πιστεύουμε ακράδαντα ότι αυτή η αρχιτεκτονική, ή κάτι παρόμοιο με τη χρήση qubits fluxonium, δείχνει πολλά υποσχόμενη από την άποψη της κατασκευής ενός χρήσιμου, ανεκτικού σε σφάλματα κβαντικού υπολογιστή», λέει ο Kannan.
Ενώ ένας τέτοιος υπολογιστής είναι ακόμα πιθανώς 10 χρόνια μακριά, αυτή η έρευνα είναι ένα σημαντικό βήμα προς τη σωστή κατεύθυνση, προσθέτει. Στη συνέχεια, οι ερευνητές σχεδιάζουν να δείξουν τα πλεονεκτήματα της αρχιτεκτονικής FTF σε συστήματα με περισσότερα από δύο συνδεδεμένα qubits.
Αυτή η εργασία χρηματοδοτήθηκε, εν μέρει, από το Γραφείο Έρευνας Στρατού των ΗΠΑ, τον Υφυπουργό Άμυνας για Έρευνα και Μηχανική, μια υποτροφία PhD της IBM, το Κορεατικό Ίδρυμα για Προηγμένες Σπουδές και το Πρόγραμμα Μεταπτυχιακών Υποτροφιών για την Επιστήμη και τη Μηχανική Εθνικής Άμυνας.
Πηγή: Αυτή είναι μια αναθεωρημένη έκδοση μιας ιστορίας του Adam Zewe, MIT News
- SEO Powered Content & PR Distribution. Ενισχύστε σήμερα.
- PlatoData.Network Vertical Generative Ai. Ενδυναμώστε τον εαυτό σας. Πρόσβαση εδώ.
- PlatoAiStream. Web3 Intelligence. Ενισχύθηκε η γνώση. Πρόσβαση εδώ.
- PlatoESG. Ανθρακας, Cleantech, Ενέργεια, Περιβάλλον, Ηλιακός, Διαχείριση των αποβλήτων. Πρόσβαση εδώ.
- PlatoHealth. Ευφυΐα βιοτεχνολογίας και κλινικών δοκιμών. Πρόσβαση εδώ.
- πηγή: https://insidehpc.com/2023/09/mit-qubit-architecture-achieves-progress-on-quantum-error-correction/
- :έχει
- :είναι
- :δεν
- 10
- 100
- 13
- 2023
- 25
- 9
- a
- ικανότητα
- Ικανός
- Σχετικα
- πάνω από
- Λογαριασμός
- Συσσωρεύω
- ακρίβεια
- ακριβής
- Κατορθώνω
- Επιτυγχάνει
- πραγματικά
- Αδάμ
- προσθήκη
- Επιπλέον
- διευθυνσιοδότηση
- Προσθέτει
- εκ των προτέρων
- πλεονεκτήματα
- αλγόριθμοι
- Όλα
- Επίσης
- ποσό
- an
- ανάλυση
- και
- Άλλος
- κάθε
- εμφανίζεται
- εφαρμόσιμος
- εφαρμογές
- πλησιάζω
- αρχιτεκτονική
- ΕΙΝΑΙ
- Στρατός
- AS
- Συνεργάτης
- At
- συγγραφέας
- μακριά
- φόντο
- BE
- επειδή
- ήταν
- πριν
- Πιστεύω
- Καλύτερα
- μεταξύ
- Πέρα
- δισεκατομμύρια
- ώθηση
- χτίζω
- Κτίριο
- Χτίζει
- αλλά
- by
- κλήση
- CAN
- ικανότητα
- Αιτία
- Κέντρο
- Διευθύνων Σύμβουλος
- ορισμένες
- αλλαγή
- Χάος
- τσιπ
- Κλεισιμο
- κώδικες
- συνεργασία
- εμπορικός
- εμπορικώς
- Κοινός
- συνήθως
- κοινότητα
- εταίρα
- υπολογισμός
- υπολογιστή
- Πληροφορική
- υπολογιστές
- χρήση υπολογιστή
- έννοια
- Connect
- συνδεδεμένος
- κατασκευάσει
- συμβολή
- θα μπορούσε να
- Ζευγάρι
- δεκαετία
- Άμυνα
- αποδεικνύουν
- κατέδειξε
- πυκνός
- εξαρτάται
- Υπηρεσίες
- Ανίχνευση
- αναπτύχθηκε
- κατεύθυνση
- κατευθείαν
- Διευθυντής
- do
- κατά την διάρκεια
- προσπάθειες
- είτε
- Ηλεκτρολόγων Μηχανικών
- Ηλεκτρονική
- στοιχείο
- ενεργοποιήσετε
- ενεργοποιημένη
- δίνει τη δυνατότητα
- τέλος
- Μηχανική
- αρκετά
- Ολόκληρος
- σφάλμα
- λάθη
- ουσιώδης
- Even
- υπέρβαση
- υπερβαίνει
- πείραμα
- εξειδίκευση
- Εξηγεί
- εκθετικά
- εξαιρετικά
- παράγοντες
- ΑΠΟΤΥΓΧΑΝΩ
- μακριά
- γρηγορότερα
- πιστότητα
- πεδίο
- Όνομα
- πρώτη φορά
- Για
- Προς τα εμπρός
- Βρέθηκαν
- Θεμέλιο
- Ίδρυση
- πλήρη
- κεφαλαιοποιητικό
- Επί πλέον
- Πύλες
- καλός
- αποφοιτήσουν
- εξαιρετική
- μεγαλύτερη
- Group
- Έχω
- που έχει
- he
- αυτεπαγωγής
- εδώ
- υψηλή απόδοση
- υψηλής ποιότητας
- υψηλότερο
- υψηλότερο
- επισήμανση
- υψηλά
- του
- Πως
- Ωστόσο
- HTTPS
- IBM
- if
- αμέσως
- εφαρμογή
- εφαρμοστεί
- σημαντικό
- βελτίωση
- in
- Αυξάνουν
- Μεμονωμένα
- άτομα
- βιομηχανικές
- πληροφορίες
- αλληλεπίδραση
- αλληλεπιδράσεις
- σε
- εισαγάγει
- περιλαμβάνει
- IT
- ΤΟΥ
- ενταχθούν
- γνωστός
- Κορέα
- Kyle
- εργαστήριο
- μεγάλης κλίμακας
- Επίθετο
- οδηγήσει
- ηγέτης
- Οδηγεί
- Επίπεδο
- διάρκεια ζωής
- Μου αρέσει
- Λίνκολν
- ζωές
- λογικός
- Μακριά
- πλέον
- έχασε
- Παρτίδα
- Χαμηλός
- κάνω
- τρόπος
- πολοί
- ώριμος
- max
- max-width
- μέτρο
- μέτρα
- μέθοδοι
- Μέσο
- χιλιοστά του δευτερολέπτου
- ελαχιστοποιεί
- MIT
- περισσότερο
- πολύ
- πρέπει
- εθνικός
- που απαιτούνται
- Νέα
- νέα
- επόμενη
- Θόρυβος
- μυθιστόρημα
- τώρα
- αριθμός
- αριθμοί
- συμβούν
- που συμβαίνουν
- of
- off
- Office
- on
- ONE
- λειτουργία
- λειτουργίες
- or
- προέκυψε
- ΑΛΛΑ
- Άλλα
- δικός μας
- έξω
- υπεραπόδοση
- φόρμες
- Χαρτί
- μέρος
- μονοπάτι
- τοις εκατό
- εκτελέσει
- επίδοση
- εκτελούνται
- phd
- Φυσική
- σχέδιο
- Πλάτων
- Πληροφορία δεδομένων Plato
- Πλάτωνα δεδομένα
- δυνατός
- πρακτική
- πρωτίστως
- πιθανώς
- Πρόβλημα
- διαδικασια μας
- Δάσκαλος
- Πρόγραμμα
- Πρόοδος
- υπόσχεση
- υποσχόμενος
- email marketing
- παρέχεται
- Δραστήριος
- Quantum
- Κβαντικός υπολογιστής
- κβαντικούς υπολογιστές
- κβαντική υπολογιστική
- κβαντική διόρθωση σφάλματος
- κβαντικά συστήματα
- Κουμπίτ
- qubits
- γρήγορα
- Τιμές
- συνειδητοποιήσουν
- πρόσφατα
- μειώνει
- σχετικά
- αναφέρουν
- Εκθέσεις
- έρευνα
- ερευνητές
- ανθεκτικότητα
- Αποτελέσματα
- ανασκόπηση
- δεξιά
- εύρωστος
- Δωμάτιο
- τρέξιμο
- s
- ίδιο
- λέει
- Ζυγός
- απολέπιση
- Επιστήμη
- Επιστήμονας
- Επιδιώκει
- αρχαιότερος
- Σειρές
- διάφοροι
- θα πρέπει να
- έδειξε
- παρουσιάζεται
- Δείχνει
- ενιαίας
- small
- κάτι
- ειδική
- ειδικά
- Προσωπικό
- ξεκινά
- εκκίνηση
- Κατάσταση
- Μελών
- Βήμα
- Ακόμη
- Ιστορία
- ισχυρότερη
- δυνατά
- Φοιτητής
- Φοιτητές
- μελέτες
- τέτοιος
- υποστήριξη
- ξεπερνούν
- σύστημα
- συστήματα
- Πάρτε
- Έργο
- Τεχνολογίες
- τείνει
- όροι
- από
- ότι
- Η
- οι πληροφορίες
- Το κράτος
- τους
- Τους
- τους
- Εκεί.
- Αυτοί
- αυτοί
- νομίζω
- αυτό
- σκέψη
- κατώφλι
- Μέσω
- Δεμένος
- ώρα
- φορές
- προς την
- σήμερα
- σημερινή
- μαζι
- παραδοσιακός
- προσπαθώντας
- δύο
- τύπος
- συνήθως
- μας
- ασαφές
- ανεπιθύμητος
- χρήση
- μεταχειρισμένος
- χρησιμοποιώντας
- χρησιμοποιούνται
- εκδοχή
- βιώσιμος
- λαβύρινθος
- ήταν
- Τρόπος..
- we
- ΛΟΙΠΌΝ
- ήταν
- Τι
- πότε
- Ποιό
- ενώ
- Ο ΟΠΟΊΟΣ
- Γουλιέλμος
- με
- Εργασία
- εργαζόμενος
- αξία
- θα
- Έγραψε
- χρόνια
- ακόμη
- εσείς
- zephyrnet