Quantinuum osoittaa kvanttiterrorivirheen korjauksen skaalaantumisen merkittävästi yli breakevenin

Kuva: Ars Technica · Lähde

Quantinuumin uusin loukki-ionikvanttiprosessori parantaa merkittävästi loogisten kubittien virheprosentteja, saavuttaen kymmenkertaisen virheiden vähennyksen virhekorjauskoodin etäisyyden kasvaessa, mikä merkitsee merkittävää läpimurtoa kvanttivirhekorjauksen suorituskyvyssä.

Kvanttilaskennan perustavanlaatuinen haaste

Kvanttilaskenta kohtaa perustavanlaatuisen haasteen: kubitit ovat alttiita virheille ympäristön kohinan ja epätäydellisen ohjauksen takia. Jotta kvantti-algoritmit toimisivat luotettavasti, nämä virheet on havaittava ja korjattava käyttämällä loogisia kubitteja, jotka yhdistävät useita fyysisiä kubitteja virheenkorjauskoodeilla. Loogisten kubittien skaalautuminen virheprosenttien alentamiseksi on perinteisesti ollut rajallista, koska lisätty laitteistokubittien määrä lisää monimutkaisuutta ja voi tuoda lisää virheitä, mikä estää suorituskyvyn parantumista.

Quantinuumin uudet tulokset kvantti-virheenkorjauksessa

Viime aikoina Quantinuum, loukki-ionikvanttilaskennan johtaja, esitteli uusia tuloksia Helios-prosessoristaan, jotka merkitsevät merkittävää läpimurtoa kvantti-virheenkorjauksen skaalaamisessa. Toisin kuin aiemmat järjestelmät, jotka näyttivät vain maltillisia parannuksia – virheprosenttien puolittuminen koodikoon kasvattamisen yhteydessä – Quantinuumin laitteisto saavutti noin kymmenkertaisen loogisen kubitin virheprosentin pienenemisen virheenkorjauskoodin etäisyyden jokaisella kasvun askeleella.

Helios-järjestelmä ja virheiden vähentäminen

Helios-järjestelmä käyttää loukkuun vangittuja ioneja, joita manipuloidaan sähköisten kenttien ja lasereiden avulla, mahdollistaen kahden ionin lomittumisen, mikä tukee monipuolisia virheenkorjauskoodeja. Yritys toteutti värikoodeja etäisyyksillä 3, 5 ja 7, jotka vastaavat kasvavia ryhmiä laitteistokubitteja (13, 37 ja 73 kubittia). Testatessaan näitä koodeja kvanttimuisteissa, joissa looginen kubitti säilyttää tilansa, virheprosentit vähenivät noin 5×10⁻⁴ etäisyydellä 3 aina 5×10⁻⁶ etäisyydellä 7, mikä osoittaa vahvaa virheen vaimennusta.

Innovaatioita vuotovirheiden hallinnassa

Keskeistä suorituskyvylle on Quantinuumin innovaatio vuotovirheiden hallinnassa – kun kubitit päätyvät ei-toivottuihin energiatasoihin – käyttämällä kohdistettuja laserimpulsseja, jotka palauttavat kubitit laskentatilaan, vähentäen vuotovirheiden määrää yli kuusi kertaa. Lisäksi heidän ohjelmistonsa vaihtaa dynaamisesti vuotavat datakubittinsa mittauskubittien kanssa, mahdollistaen tehokkaita virheenkorjaussyklejä.

Loogiset kubitit ja loogiset portit

Tiimi suoritti myös järjestelmän kyvyn ajaa kahden kubitin loogisia portteja loogisissa kubiteissa, mikä on vaativampi operaatio kuin kvanttitiedon tallennus. Etäisyyden 3 koodi näytti vähän parannusta porttivirheissä, mutta etäisyyden 5 koodi vähensi merkittävästi virheitä, korostaen laitteiston kykyä pitää loogiset virheprosentit matalina laskennan aikana.

Nykyiset rajoitukset ja tulevaisuuden näkymät

Vaikka nämä saavutukset ovat lupaavia, järjestelmä tukee tällä hetkellä vain yhtä etäisyyden 7 loogista kubittia kerrallaan, ja alhaisimmat virheprosentit ylittävät edelleen monimutkaisten kvantti-algoritmien vaatimukset. Silti skaalausmallit viittaavat siihen, että lisälaitteistoparannukset voivat tuoda huomattavia parannuksia loogisten kubittien luotettavuudessa.

Johtopäätökset kvanttilaskennan tulevaisuudesta

Quantinuumin edistys merkitsee sitä, että loukkuun vangitut ionijärjestelmät saattavat pian saavuttaa virheenkorjauksen suorituskyvyn tasot, jotka ovat tarpeen käytännöllisille, suurille kvanttilaskentajärjestelmille, mikäli yritys pystyy jatkamaan kubittien määrän kasvattamista ja säilyttämään tai parantamaan laitteiston virheprosentteja. Tämä on ristiriidassa muiden kvanttilaskentaplatformien kanssa, jotka joutuvat yhtäaikaisesti käsittelemään virheprosentteja, kubittimäärää ja järjestelmän integroinnin haasteita. Heliosin tulokset ovat näin merkittävä askel kohti vikasietoista kvanttitietokonetta.