Sidnėjaus universiteto komanda pademonstravo kompaktišką kvantinį loginį vartą, naudojant GKP kodus

• Sidnėjaus universiteto mokslininkai, bendradarbiaudami su „Q-CTRL“ mokslininkais, pademonstravo universalų kvantinį loginį vartą, naudojant GKP klaidų taisymo kodus, užkoduotus viename įstrigusiame jone.
• Eksperimente buvo susieta du loginiai kubitai, saugomi vieno iterbio atomo natūraliose vibracijose, taip ženkliai sumažindami reikalingų fizinių kubitų skaičių.
• Rezultatai, paskelbti žurnale „Nature Physics“, žymi svarbų etapą kuriant aparatinę įrangą taupantį kvantinį skaičiavimą, rodydami mastelio keitimo klaidų taisymą su mažesniais ištekliais.
• Paveikslėlis: Dr. Tingrei Tan, kairėje, su doktorantu Vassili Matsos.

Naudingo kvantinio kompiuterio kūrimas ilgą laiką priklausė nuo vienos iš šios srities sudėtingiausių problemų sprendimo: kubitų trapumo. Tačiau šie kvantiniai bitai, pagrindiniai informacijos vienetai, yra linkę į spontaniškas klaidas, kurios gali greitai sužlugdyti skaičiavimus. Norėdami tai įveikti, mokslininkai koduoja informaciją per kelis fizinius kubitus, slopindami klaidas, kad mažesnis loginių kubitų rinkinys galėtų veikti patikimai.

Reklama

Ir, žinoma, buvo dar vienas „tačiau“… Tačiau, didėjant loginių kubitų skaičiui, fizinės aparatinės įrangos poreikiai dar labiau dramatiškai išauga. Šis papildomas krūvis daro didelio masto kvantinio kompiuterio inžineriją bauginančia užduotimi.

Dabar Sidnėjaus universiteto Kvantinio valdymo laboratorijos, priklausančios Sidnėjaus nanoinstituto, mokslininkai pademonstravo naują metodą, kuris ženkliai sumažina fizinių kubitų, reikalingų kvantinėms operacijoms, skaičių, kaip teigiama universiteto pranešime spaudai.

Teorijos pavertimas praktika

Komanda sukūrė susietą loginį vartą viename įstrigusiame atome, naudodama klaidų taisymo schemą, žinomą kaip Gottesman–Kitaev–Preskill (GKP) kodas. Dažnai vadinamas kvantinio skaičiavimo „Rozetos akmeniu“, šis kodas verčia sklandžius kvantinių sistemų virpesius į diskrečius, skaitmeninius būsenas. Tai palengvina klaidų aptikimą ir taisymą, kartu siūlydama kompaktišką būdą koduoti loginius kubitus.

Nors teoretikai jau seniai pripažino GKP kodų potencialą sumažinti kvantinio klaidų taisymo aparatinės įrangos poreikius, jų įgyvendinimas buvo didelis iššūkis. Kodams reikalingas sudėtingas kvantinių sistemų valdymas, ir ilgą laiką jie daugiausia liko teoriniu pažadu.

Naujas darbas, paskelbtas žurnale „Nature Physics“, šį pažadą paverčia fizine realybe. Vadovaujama Sidnėjaus horizonto mokslininko dr. Tingrei Tan iš Sidnėjaus nanoinstituto, komanda naudojo vieną įstrigusį iterbio joną, laikomą Paulio spąstuose kambario temperatūroje ir valdomą lazerine sistema, GKP kodams saugoti. Tada jie pademonstravo susietus loginius vartus tarp šių užkoduotų būsenų.

„Mūsų eksperimentai parodė pirmąjį universalaus loginių vartų rinkinio GKP kubitams įgyvendinimą“, – sakė Tan, remiantis pareiškimu. „Mes tai padarėme tiksliai valdydami natūralias vibracijas, arba harmoninius virpesius, įstrigusio jono taip, kad galėtume manipuliuoti atskirais GKP kubitais arba juos susieti kaip porą.“

Kvantinių vibracijų valdymas

Reklama

Šis pažangumas remiasi tiksliu įstrigusio jono harmoninio judėjimo valdymu. Kiekvienas jonas natūraliai vibruoja trimis erdviniais matmenimis, ir šios vibracijos gali būti aprašytos kaip kvantinės būsenos. Manipuliuodami šiais virpesiais, mokslininkai sugebėjo užkoduoti ir susieti du loginius kubitus viename atome.

Šis metodas dramatiškai sumažina aparatinės įrangos poreikius. Vietoj to, kad reikėtų daug fizinių kubitų didesnėje matricoje, loginis vartas buvo įgyvendintas naudojant tik vieno įstrigusio dalelės vidines kvantines vibracijas. Kosminiai spinduliai trikdo kvantinius kompiuterius

Tokių preciziškai suderintų operacijų vykdymas reikalavo daugiau nei eksperimentinių įgūdžių. Mokslininkai taip pat pasitelkė kvantinio valdymo programinę įrangą, sukurtą „Q-CTRL“, Sidnėjaus universiteto atskilimo įmonės. Ši programinė įranga naudoja fizikos pagrįstą modeliavimą, kad sukurtų kvantinius vartus, kurie sumažintų GKP būsenų iškraipymus, užtikrindami, kad jų subtili struktūra išliktų skaičiavimo metu.

„Iš esmės mes saugome du klaidų taisymui tinkamus loginius kubitus viename įstrigusiame jone ir pademonstruojame jų susiejimą“, – sakė pirmasis autorius Vassili Matsos, Fizikos mokyklos ir Sidnėjaus nanoinstituto doktorantas. „Mes tai padarėme naudodami „Q-CTRL“, Kvantinio valdymo laboratorijos atskilimo startuolio, sukurtą kvantinio valdymo programinę įrangą su fizikos pagrįstu modeliu, skirtu kurti kvantinius vartus, kurie sumažina GKP loginių kubitų iškraipymus, kad jie išlaikytų subtilią GKP kodo struktūrą apdorojant kvantinę informaciją.“

Integruodami šį valdymą su savo eksperimentine sąranga, komanda galėjo tiek manipuliuoti atskirais GKP kubitais, tiek juos susieti poromis – žingsniai, kurie kartu sudaro universalų vartų rinkinį šiai klaidų taisymo formai. Mokymasis visą gyvenimą

Svarbus žingsnis link aparatinę įrangą taupančio kvantinio skaičiavimo

Eksperimentas žymi svarbų žingsnį kuriant mastelio keitimo kvantinius kompiuterius. Parodžius, kad universalūs loginiai vartai gali būti įgyvendinti su GKP kubitais, užkoduotais viename jone, Sidnėjaus grupė pademonstravo kelią į kvantinį apdorojimą, kuris reikalauja gerokai mažiau fizinių komponentų.

Šis efektyvumas yra esminis. Dabartinės prognozės dėl klaidų taisymo kvantinių kompiuterių dažnai numato milijonus fizinių kubitų, kad būtų pristatyta tūkstančiai loginių kubitų. Požiūriai, mažinantys šį krūvį, gali padaryti praktiškų sistemų kūrimą daug įmanomesnį. VMU investuoja į miško infrastruktūrą

Komanda atliko tris atskirus eksperimentus su įstrigusiu iterbio jonu, kruopščiai demonstruodama tiek GKP kubitų kodavimą, tiek jų susiejimą per loginius vartus. Jų rezultatai rodo, kad aukštos kokybės atominių vibracijų valdymas gali palaikyti daugiau nei vieną loginį kubitą vienu metu, išlaikant klaidų taisymo kodo apsaugines savybes.

Šis darbas pabrėžia teorinio klaidų taisymo ir preciziško laboratorinio valdymo derinimo potencialą sprendžiant vieną iš skubiausių kvantinio skaičiavimo inžinerinių iššūkių: mastelio keitimą be aparatinės įrangos poreikių užvaldymo. „Samsung“ pristato postkvantinę duomenų apsaugos technologiją

„GKP klaidų taisymo kodai ilgą laiką žadėjo sumažinti aparatinės įrangos poreikius, sprendžiant išteklių krūvio iššūkį, didinant kvantinių kompiuterių mastelį“, – sakė Tan. „Mūsų eksperimentai pasiekė svarbų etapą, parodydami, kad šie aukštos kokybės kvantiniai valdymai suteikia pagrindinį įrankį manipuliuoti ne tik vienu loginiu kubitu. Demonstruodami universalius kvantinius vartus, naudojant šiuos kubitus, sukūrėme pagrindą didelio masto kvantinės informacijos apdorojimui labai efektyviu aparatinės įrangos būdu.“

„Tele2“ rinkosi didžioji dalis lietuvių

Turinys priklauso: thequantuminsider.com