Новости и события » Общество » «Кошачьи» кубиты сделали квантовый компьютер более отказоустойчивым

«Кошачьи» кубиты сделали квантовый компьютер более отказоустойчивым

«Кошачьи» кубиты сделали квантовый компьютер более отказоустойчивым

Физики из компании Amazon представили схему отказоустойчивого квантового компьютера, в котором реализован новый подход к квантовой коррекции ошибок. В основе архитектуры этого компьютера лежат "кошачьи" кубиты (находящиеся в квантовом состоянии кота Шредингера), обладающие высокой устойчивостью к переворачиванию битов. Препринт статьи опубликован на arXiv.org.

Создание квантового компьютера - это непростая задача. Проблема заключается в том, что квантовая система неизбежно контактирует с окружающей средой. При этом информация о квантовой системе, изначально закодированная в устройстве, просачивается в окружающую среду. Это явление называется декогеренцией. После декогеренции уже нельзя получить доступ ко всей информации об устройстве, наблюдая только за ним. Это значит, что происходит ошибка и часть информации теряется. Для того, чтобы построить надежный квантовый компьютер, нужно научиться сводить к минимуму такие ошибки.

Один из подходов - уменьшение количества ошибок логического элемента с использованием избыточного числа кубитов, или активная квантовая коррекция ошибок. Этот метод основан на естественном предположении, что если сравнить несколько копий одного и того же состояния и они будут отличаться между собой, то произошла ошибка, а в обратном случае все в порядке. Несмотря на некоторые трудности (в квантовой механике невозможно просто скопировать кубит), такой подход реализуем на практике. Но у него есть недостаток - необходимость использования дополнительных кубитов заметно увеличивает их общее количество, что делает задачу более сложной с точки зрения технической реализации.

Пассивная, или автономная, квантовая коррекция ошибок - это противоположный подход. Для его осуществления разрабатывают физические вычислительные системы, которые имеют внутреннюю устойчивость к ошибкам.

Сфера Блоха для состояния котов Шредингера

Группа ученых из Amazon под руководством Фернандо Брандао (Fernando Brandão) разработала новую схему квантового компьютера, устойчивого к ошибкам. Они использовали "кошачьи" кубиты, или кубиты в квантовом состоянии кота Шредингера (cat state), то есть в суперпозиции когерентных состояний с противоположными фазами. Идея заключается в том, что после стабилизации "кошачьего" кубита ошибки с переворотом битов становятся чрезвычайно редкими, а ошибки переворота фазы - более частыми. А для того, чтобы защититься от ошибок переворота фазы, можно использовать активную коррекцию ошибок. В данном случае для активной коррекции ошибок использовался простейший код повторения на основе X, где X - матрица Паули.

Кубиты для хранения информации и вспомогательные кубиты (желтые и серые кружки на рисунке) кодировались как состояния кота Шредингера локализованных акустических мод резонаторов с фононными дефектами (PCDR). Для стабилизации использовалась двухфотонная подпитка от инженерного резервуара (обозначен как RESVR на рисунке). Считывание производилось с помощью трансмона.

Для выполнения логических операций на кубитах используются квантовые вентили. В более ранних работах было показано, что универсальный набор вентилей, включая вентили X, Z, CNOT и Тоффоли, может быть выполнен на "кошачьих" кубитах с использованием того же двухфотонного механизма возбуждения и потерь. Ключевой момент состоит в том, что эти вентили не только универсальны, но и не приводят к дополнительным переворотам битов. "Кошачьи" кубиты, между которыми осуществляется логическая операция, должны быть подключены у единому подпитывающему резервуару. Авторы исследования обнаружили, что такое подключение приводит к коррелированным ошибкам между ними. Если подключить больше четырех кубитов к одному резервуару, то эти помехи не будут скомпенсированы активной коррекцией ошибок. Это число и определило компоновку и возможности подключения архитектуры.

Идея использовать вместе состояния кота Шредингера и активную коррекцию ошибок не нова. Отличие этого исследования от предыдущих заключается в том, что ученые выполнили полное моделирование шума, включая углубленное исследование редких процессов переворота битов. Использование архитектуры, предложенной в работе, и активной коррекции ошибок, позволяет достичь логической ошибки 2,7×10-8, используя всего 9 кубитов кода данных - это улучшение более чем на пять порядков по сравнению с полностью незащищенными кубитами. Согласно оценке ученых, такая схема ("кошачьи" кубиты и коды повторения) с чуть более чем двумя тысячами сверхпроводящих компонентов, используемых для стабилизации, могла бы создать сотню логических кубитов, способных надежно выполнить тысячу вентилей Тоффоли.

«Кошачьи» кубиты сделали квантовый компьютер более отказоустойчивым

«Кошачьи» кубиты сделали квантовый компьютер более отказоустойчивым



загрузка...


загрузка...

Свежие новости Украины на сегодня и последние события в мире экономики и политики, культуры и спорта, технологий, здоровья, происшествий, авто и мото

Вверх