Nötr atomlu kuantum bilgisayarlar bir an yaşıyor – Fizik Dünyası

Geleceğin kuantum hesaplama platformu yarışında nötr atomlar biraz zayıf kaldı. Nötr atomlara dayalı kuantum bitleri (qubit'ler), qubit sayılarını büyütme ve bunlar üzerinde paralel olarak işlem gerçekleştirme kolaylığı dahil olmak üzere birçok çekici özelliğe sahip olsa da, dikkatlerin çoğu rakip platformlara odaklandı. En büyük makinelerin çoğu, süper iletken kubitlerle inşa edilmiştir; bunlara, IBM, Google, Amazon, ve Microsoft. Diğer şirketler iyonları tercih etti, örneğin Honeywell ve iyonQveya fotonlar gibi Xanadu.

Ancak geçtiğimiz birkaç hafta içinde göz alıcı birkaç gelişme, nötr atomları grubun ön sıralarına itti. Bunlardan biri Atom Computing adlı bir start-up'tan geldi. Ekim ayı sonunda açıklandı yakında sahip olacağı 1000 kübit nötr atom makinesi Müşteriler için hazır – bu dönüm noktasını geçen ilk ticari kuantum cihazı. Diğerleri ise ayrı çalışmalar yayınlayan üç araştırmacı ekibinden geldi. Tabiat düşük gürültülü nötr atom platformlarını, yeni hata azaltma kapasitelerini ve daha da fazla sayıda kübite kadar ölçeklendirme için güçlü potansiyeli tanımlıyor.

Herhangi bir kübit platformu için sağlam kuantum işlemlerinin önündeki en büyük engel gürültü ve bunun neden olduğu hatalardır. "Hata düzeltme gerçekten kuantum bilişimin sınırıdır" diyor Jeff ThompsonABD'deki Princeton Üniversitesi'nden fizikçi üç araştırmadan biri Birlikte Shruti Puri Yale Üniversitesi, ABD. "Aramızda duran ve aslında yararlı hesaplamalar yapan şey bu."

Hata düzeltmenin bu kadar önemli olmasının nedeni, temeldeki donanım gürültüye yatkın olsa bile hesaplamaları mümkün kılmasıdır. Klasik bilgisayarlar, tekrarlama kodu adı verilen basit bir hata düzeltme stratejisi kullanır: aynı bilgiyi birden çok kez saklar, böylece bir bitte hata olsa bile, kalan bitlerin "çoğunluk oyu" yine doğru değeri gösterir. Kuantum hata düzeltme algoritmaları aslında bunun daha karmaşık versiyonlarıdır, ancak bir platformun bunlardan faydalanabilmesi için öncelikle donanımlarının bazı minimum aslına uygunluk gereksinimlerini karşılaması gerekir. Geleneksel kuantum algoritmaları için temel kural, kuantum hesaplamanın minimum birimi olan kuantum kapısı için hata oranının %1'in altında olması gerektiğidir.

Gürültüyü azaltmak

Araştırmacılar öncülüğünde Mikhail lukin ABD'deki Harvard Üniversitesi'nden şimdi bildiriyor nötr atomlu kuantum bilgisayarlarının bu eşiği karşıladığını ve %0.5'lik bir hata oranına ulaştığını söyledi. Bu dönüm noktasına, iki kübitli geçitleri, ekiplerin öncülük ettiği bir yöntemle uygulayarak ulaştılar. Almanya ve Fransa, and their machine, which they developed with colleagues at the neighbouring Massachusetts Institute of Technology (MIT) and QuEra Bilişim, works as follows.

İlk olarak rubidyum atomlarından oluşan bir buhar mutlak sıfırın hemen üstüne kadar soğutulur. Daha sonra, tek tek atomlar, optik cımbız olarak bilinen bir teknikle sıkı bir şekilde odaklanmış lazer ışınları tarafından yakalanır ve tutulur. Her atom tek bir kübiti temsil eder ve yüzlercesi iki boyutlu bir dizide düzenlenir. Bu kübitlerdeki kuantum bilgisi (sıfır veya bir veya ikisinin kuantum süperpozisyonu) rubidyum atomlarının iki farklı enerji seviyesinde depolanır.

İki kübitlik bir geçit gerçekleştirmek için iki atom birbirine yaklaştırılır ve aynı anda bir lazer tarafından aydınlatılır. Aydınlatma, atomun elektronlarından birini Rydberg durumu olarak bilinen yüksek enerji seviyesine yükseltir. Bu duruma ulaştıktan sonra atomlar yakın komşularıyla kolayca etkileşime girerek kapının çalışmasını mümkün kılar.

Operasyonun doğruluğunu artırmak için ekip, iki atomu Rydberg durumuna uyarmak ve onları geri getirmek için yakın zamanda geliştirilmiş, optimize edilmiş bir darbe dizisi kullandı. Bu darbe dizisi önceki versiyonlara göre daha hızlıdır ve atomlara yanlış duruma geçme şansını azaltır, bu da hesaplamayı bozar. Bunu diğer teknik iyileştirmelerle birleştirmek, ekibin iki kubitlik geçitler için %99.5 doğruluğa ulaşmasını sağladı.

Diğer platformlar benzer doğruluklara ulaşmış olsa da, nötr atomlu kuantum bilgisayarlar paralel olarak daha fazla hesaplama yapabilir. Lukin ve ekibi, deneylerinde, iki kübitlik geçitlerini, aynı lazer darbesiyle aydınlatarak tek seferde 60 kübite uyguladılar. Lukin, "Bu onu çok çok özel kılıyor" diyor ve ekliyor: "Çünkü yüksek doğruluklara sahip olabiliriz ve bunu tek bir küresel kontrolle paralel olarak yapabiliriz. Başka hiçbir platform bunu gerçekten yapamaz.”

Hataları silme

Lukin'in ekibi, hata düzeltme şemalarını uygulamak için aslına uygunluk eşiğini karşılamak üzere deneylerini optimize ederken, Thompson ve Puri, Fransa'nın Strasbourg Üniversitesi'ndeki meslektaşlarıyla birlikte, belirli türdeki hataları silinmeye dönüştürerek bunları sistemden tamamen kaldırmanın bir yolunu buldular. . Bu, bu hataların düzeltilmesini çok daha kolay hale getirerek hata düzeltme şemalarının çalışma eşiğini düşürür.

Thompson ve Puri'nin düzeni, optik cımbızlarda tutulan bireysel aşırı soğuk atomlarla Harvard-MIT ekibininkine benzer. Temel fark, rubidyum yerine iterbiyum atomlarını kullanmalarıdır. İterbiyum, rubidyumdan daha karmaşık bir enerji seviyesi yapısına sahiptir; bu, onunla çalışmayı daha zor hale getirir ancak aynı zamanda kuantum durumlarını kodlamak için daha fazla seçenek sunar. Bu durumda araştırmacılar, kübitlerinin "sıfır" ve "bir"ini, geleneksel en düşük iki enerji seviyesi yerine iki yarı kararlı durumda kodladılar. Bu yarı kararlı durumların ömürleri daha kısa olmasına rağmen, olası hata mekanizmalarının çoğu, atomları bu durumlardan çıkarıp tespit edilebilecekleri temel duruma sokacaktır.

Hataları silebilmek büyük bir nimettir. Klasik olarak, eğer bir tekrar kodundaki bitlerin yarısından fazlası hatalıysa, yanlış bilgi iletilecektir. Thompson, "Fakat silme modeli çok daha güçlü çünkü artık hangi bitlerin hatalı olduğunu biliyorum ve onları çoğunluk oylamasının dışında tutabiliyorum" diye açıklıyor. “Yani tek ihtiyacım olan bir parçanın kalması.”

Silme dönüştürme tekniği sayesinde Thompson ve meslektaşları, hataların yaklaşık üçte birini gerçek zamanlı olarak tespit edebildiler. Her ne kadar iki kubitlik geçit doğruluğu %98'lik Harvard-MIT ekibinin makinesinden daha düşük olsa da Thompson, geçitlerini sürmek için neredeyse 10 kat daha az lazer gücü kullandıklarını ve gücü artırmanın performansı artırırken aynı zamanda izin vereceğini belirtiyor. hataların daha büyük bir kısmı tespit edilebilir. Hata silme tekniği aynı zamanda hata düzeltme eşiğini %000'un altına düşürür; Neredeyse tüm hataların silinmeye dönüştürüldüğü bir senaryoda (ki Thompson bunun mümkün olması gerektiğini söylüyor), eşik %99 kadar düşük olabilir.

Çoğullama hatası silme

İçinde ilgili sonuçABD Kaliforniya Teknoloji Enstitüsü'ndeki (Caltech) araştırmacılar da hataları silmelere dönüştürdü. Stronsiyum tabanlı nötr atom makineleri, kuantum simülatörü olarak bilinen daha kısıtlı bir tür kuantum bilgisayardır: Atomları Rydberg durumuna kadar uyarabilseler ve temel ve Rydberg durumları arasında dolaşmış süperpozisyonlar yaratabilseler de, sistemleri yalnızca bir temel duruma sahiptir; bu da kuantum bilgisini uzun vadede saklayamayacakları anlamına geliyor.

Ancak bu dolanık süperpozisyonları benzeri görülmemiş bir doğrulukla yarattılar: %99.9. Ayrıca sadece iki atom değil, 26 atomdan oluşan devasa bir süperpozisyon yaptılar ve bazı hataları silerek bunun doğruluğunu arttırdılar. "Temel olarak bu tekniği anlamlı bir şekilde çoklu-beden alanına getirebileceğinizi gösteriyoruz" diyor Adam Shaw, doktora öğrencisi Manuel Endres'in grubu Caltech'te.

Bu üç ilerleme, nötr atomlu kuantum bilgisayarların yeteneklerini ortaya koyuyor ve araştırmacılar, fikirlerinin şimdiye kadar gösterilenlerden daha iyi çalışan bir makinede birleştirilebileceğini söylüyor. Lukin sözlerini şöyle bitiriyor: "Tüm bu çalışmaların bir arada ortaya çıkması, özel bir şeyin gelmek üzere olduğunun küçük bir işareti."

• SEO Destekli İçerik ve Halkla İlişkiler Dağıtımı. Bugün Gücünüzü Artırın.
• PlatoData.Network Dikey Üretken Yapay Zeka. Kendine güç ver. Buradan Erişin.
• PlatoAiStream. Web3 Zekası. Bilgi Genişletildi. Buradan Erişin.
• PlatoESG. karbon, temiz teknoloji, Enerji, Çevre, Güneş, Atık Yönetimi. Buradan Erişin.
• PlatoSağlık. Biyoteknoloji ve Klinik Araştırmalar Zekası. Buradan Erişin.
• Kaynak: https://physicsworld.com/a/neutral-atom-quantum-computers-are-having-a-moment/