Quantum: Гарвард, QuEra, Массачусетський технологічний інститут і NIST/Університет Меріленда анонсують алгоритми з виправленням помилок на 48 кубітах - Аналіз новин про високопродуктивні обчислення

Перевидано Платоном

читають: 0

БОСТОН, 6 грудня 2023 р. – Компанія QuEra Computing, що займається квантовими обчисленнями з нейтральними атомами, сьогодні оголосила про прорив у квантових обчисленнях, опублікований у науковому журналі Nature. В експериментах, проведених Гарвардським університетом у співпраці з QuEra Computing, MIT і NIST/UMD, дослідники виконали масштабні алгоритми на квантовому комп’ютері з виправленням помилок із 48 логічними кубітами та сотнями заплутаних логічних операцій.

«Цей прогрес, значний стрибок у квантових обчисленнях, закладає основу для розробки дійсно масштабованих і стійких до збоїв квантових комп’ютерів, які могли б вирішувати практичні класично нерозв’язні проблеми», — сказав QuEra.

Стаття доступна на сайті Nature за адресою https://www.nature.com/articles/s41586-023-06927-3.

«Ми в Moody's Analytics усвідомлюємо величезну важливість створення 48 логічних кубітів у відмовостійкому середовищі квантових обчислень і його потенціал для революції в аналітиці даних і фінансовому моделюванні», — сказав Серхіо Гаго, керуючий директор Quantum and AI в Moody's Analytics, «Це наближає нас до майбутнього, де квантові обчислення є не просто експериментальним завданням, а практичним інструментом, який може надавати реальні рішення для наших клієнтів. Цей ключовий момент може змінити підхід галузей до складних обчислювальних завдань».

Критичною проблемою, яка заважає квантовим обчисленням досягти свого величезного потенціалу, є шум, який впливає на кубіти, порушуючи обчислення до досягнення бажаних результатів. Квантова корекція помилок долає ці обмеження шляхом створення «логічних кубітів», груп фізичних кубітів, які переплутані для резервного зберігання інформації. Ця надмірність дозволяє ідентифікувати та виправляти помилки, які можуть виникнути під час квантових обчислень. Використовуючи логічні кубіти замість окремих фізичних кубітів, квантові системи можуть досягти певного рівня відмовостійкості, що робить їх більш стійкими та надійними для складних обчислень.

«Це справді захоплюючий час у нашій галузі, оскільки фундаментальні ідеї квантової корекції помилок і відмовостійкості починають приносити плоди», — сказав Михайло Лукін, професор Університету Джошуа та Бет Фрідман, співдиректор Гарвардської квантової ініціативи та співзасновник QuEra Computing. «Ця робота, що використовує видатний нещодавній прогрес у спільноті квантових обчислень із нейтральним атомом, є свідченням неймовірних зусиль винятково талановитих студентів і постдоків, а також наших чудових співробітників із QuEra, MIT та NIST/UMD. Незважаючи на те, що ми чітко усвідомлюємо майбутні виклики, ми очікуємо, що цей новий прогрес значно прискорить прогрес у напрямку великомасштабних, корисних квантових комп’ютерів, уможлививши наступний етап відкриттів та інновацій».

Попередні демонстрації виправлення помилок демонстрували один, два або три логічні кубіти. Ця нова робота демонструє квантову корекцію помилок у 48 логічних кубітах, підвищуючи обчислювальну стабільність і надійність при вирішенні проблеми помилок. На шляху до великомасштабних квантових обчислень Гарвард, QuEra та їхні співробітники повідомили про такі важливі досягнення:

Створення та заплутування найбільших логічних кубітів на сьогоднішній день, демонструючи кодову відстань 7, що дозволяє виявляти та виправляти довільні помилки, що виникають під час операцій заплутування логічних воріт. Більші кодові відстані означають вищу стійкість до квантових помилок. Крім того, дослідження вперше показало, що збільшення кодової відстані справді знижує рівень помилок у логічних операціях.
Реалізація 48 невеликих логічних кубітів, які використовувалися для виконання складних алгоритмів, перевищуючи продуктивність тих самих алгоритмів при виконанні з фізичними кубітами.
Побудова 40 кодів середнього розміру з виправленням помилок шляхом керування 280 фізичними кубітами.

У цьому прориві використовувався вдосконалений квантовий комп’ютер із системою нейтральних атомів, що поєднує в собі сотні кубітів, високу точність двокубітних затворів, довільне підключення, повністю програмоване обертання одного кубіта та зчитування в середині ланцюга.

Система також включала апаратно-ефективне керування реконфігурованими масивами нейтральних атомів, використовуючи пряме паралельне керування цілою групою логічних кубітів. Це паралельне керування значно зменшує накладні витрати на керування та ускладнює виконання логічних операцій. Використовуючи аж 280 фізичних кубітів, дослідникам потрібно було запрограмувати менше десяти керуючих сигналів для виконання всіх необхідних операцій у дослідженні. Інші квантові модальності зазвичай вимагають сотень керуючих сигналів для такої ж кількості кубітів. Оскільки квантові комп’ютери масштабуються до багатьох тисяч кубітів, ефективний контроль стає критично важливим.

«Досягнення 48 логічних кубітів із високою відмовостійкістю є переломним моментом у індустрії квантових обчислень», — сказав Метт Лангіоне, партнер Boston Consulting Group. «Цей прорив не тільки прискорює часові рамки для практичних квантових застосувань, але також відкриває нові шляхи для вирішення проблем, які раніше вважалися нерозв’язними класичними обчислювальними методами. Це нова гра, яка значно підвищує комерційну життєздатність квантових обчислень. Компанії в різних секторах повинні взяти до уваги, оскільки гонка за квантовою перевагою щойно отримала серйозний поштовх».

«Сьогодні знаменує собою історичну віху для QuEra та ширшої спільноти квантових обчислень, — сказав Алекс Кіслінг, генеральний директор QuEra Computing. — Ці досягнення є кульмінацією багаторічних зусиль, які очолювали наші колеги з Гарварду та Массачусетського технологічного інституту разом із науковцями QuEra. та інженерів, щоб розширити межі того, що можливо в квантових обчисленнях. Це не просто технологічний стрибок; це свідчення потужності співпраці та інвестицій у новаторські дослідження. Ми раді створити основу для нової ери масштабованих, стійких до збоїв квантових обчислень, які можуть вирішувати деякі з найскладніших проблем світу. Майбутнє квантової техніки вже тут, і QuEra пишається тим, що знаходиться в авангарді цієї революції».

«Наш досвід у виробництві та експлуатації квантових комп’ютерів, таких як наша машина першого покоління, доступна в загальнодоступній хмарі з 2022 року, у поєднанні з цим новаторським дослідженням дає нам першорядну позицію, щоб очолити квантову революцію», – додав Кіслінг.

Робота була підтримана Агентством передових оборонних дослідницьких проектів через програму оптимізації шумових проміжних квантових пристроїв (ONISQ), Національним науковим фондом, Центром ультрахолодних атомів (Фізичний центр NSF) і Дослідницьким офісом армії.

QuEra також оголосила про спеціальну подію 9 січня об 11:30 ранку за східним часом, де QuEra представить свою комерційну дорожню карту для відмовостійких квантових комп’ютерів. Зареєструйтеся на цю онлайн-подію за адресою https://quera.link/roadmap

Про QuEra

QuEra Computing є лідером у комерціалізації квантових комп’ютерів з використанням нейтральних атомів, які широко визнані як дуже перспективна квантова модальність. QuEra, що базується в Бостоні та базується на передових дослідженнях сусідніх Гарвардського університету та Массачусетського технологічного інституту, керує найбільшим у світі загальнодоступним квантовим комп’ютером, доступним у великій загальнодоступній хмарі та для доставки на місці. QuEra розробляє великомасштабні, стійкі до збоїв квантові комп’ютери для вирішення класично нерозв’язних проблем, ставши обраним партнером у квантовій галузі. Простіше кажучи, QuEra — найкращий спосіб квантування. Для отримання додаткової інформації відвідайте нас за адресою quera.com