Quantinuum demonstruoja kvantinių klaidų korekcijos mastelio didėjimą gerokai viršijančią lūžio tašką

Vaizdas: Ars Technica · Šaltinis

Quantinuum naujausias sugaudytų jonų kvantinis procesorius žymiai pagerina loginio kubito klaidų rodiklius, kiekvieną klaidų korekcijos kodo atstumo padidėjimą sumažindamas klaidų skaičių dešimt kartų, žyminčiai pažangą kvantinių klaidų korekcijos srityje.

Kvantinis skaičiavimas susiduria su pagrindine problema

Kvantinis skaičiavimas susiduria su fundamentalia problema: kubitai yra linkę į klaidas dėl aplinkos triukšmo ir netobulo valdymo. Norint patikimai vykdyti kvantinius algoritmus, šios klaidos turi būti aptiktos ir ištaisyti naudojant loginius kubitus, kurie sujungia kelis fizinius kubitus per klaidų korekcijos kodus. Šių loginių kubitų mastelio didinimas siekiant mažesnių klaidų rodiklių istoriškai susidūrė su ribotomis sėkmėmis, nes papildomi įrenginio kubitai didina sudėtingumą ir gali sukelti daugiau klaidų, trukdančių našumo gerėjimui.

Quantinuum pasiekimai kvantinių klaidų korekcijos mastelio didinime

Neseniai Quantinuum, lyderis sugaudytų jonų kvantinių skaičiavimų srityje, pristatė naujus rezultatus iš savo Helios procesoriaus, žyminčius reikšmingą proveržį kvantinių klaidų korekcijos mastelio didinime. Skirtingai nuo ankstesnių sistemų, kurios demonstravo tik vidutinius patobulinimus – klaidų rodikliams sumažėjus maždaug dvigubai didinant kodo dydį – Quantinuum įranga pasiekė maždaug dešimt kartų sumažėjusią loginio kubito klaidų dažnį su kiekvienu klaidų korekcijos kodo atstumo žingsniu.

Helios sistema ir klaidų mažinimo metodai

Helios sistema naudoja jonus, sugautus ir valdomus elektrinių laukų ir lazerių pagalba, leidžiančią susieti bet kuriuos du jonus tarpusavyje, taip palaikant universalius klaidų korekcijos kodus. Įmonė įdiegė spalvų kodus su atstumais 3, 5 ir 7, kurie atitinka vis didesnes aparatūros kubitų grupes (atitinkamai 13, 37 ir 73 kubitus). Testuojant šiuos kodus kvantinės atminties programoms, kur loginis kubitas laiko savo būseną, klaidų rodikliai sumažėjo nuo maždaug 5×10⁻⁴ atstumu 3 iki 5×10⁻⁶ atstumu 7, rodant tvirtą klaidų slopinimą.

Inovacijos klaidų nutekėjimo valdyme

Svarbiausia šiam našumui yra Quantinuum inovacijos valdant nutekėjimo klaidas – kai kubitai nukrypsta į nenumatytas energijos būsenas – taikant tiksliuosius lazerinius impulsus, kurie grąžina šiuos kubitus į skaitmenines būsenas, sumažinant nutekėjimo klaidų rodiklius daugiau nei šešis kartus. Be to, jų programinė įranga dinamiškai keičia nutekėjusius duomenų kubitus su matavimo kubitais, leidžiant efektyvias klaidų korekcijos ciklo operacijas.

Loginiai kubitai ir loginiai loginiai vartai

Komanda taip pat parodė sistemos gebėjimą vykdyti dviejų kubitų loginės operacijas loginiais kubitais, kas yra labiau reikalaujanti operacija nei kvantinės informacijos saugojimas. Nors atstumo 3 kodas parodė mažai patobulinimų vartų klaidų rodikliuose, atstumo 5 kodas ženkliai sumažino klaidas, pabrėždamas įrangos gebėjimą palaikyti mažą loginio klaidų dažnį vykdant skaičiavimus.

Dabartinės sistemos apribojimai ir perspektyvos

Nors šie pasiekimai yra pažangūs, sistema šiuo metu palaiko tik vieną loginį kubitą su atstumu 7 vienu metu, o žemiausi klaidų rodikliai vis dar viršija reikalavimus sudėtingiems kvantiniams algoritmams. Vis dėlto mastelio didinimo tendencijos rodo, kad tolesni aparatūros patobulinimai galėtų dramatiškai pagerinti loginių kubitų patikimumą.

Išvados apie kvantinės kompiuterijos ateitį

Quantinuum pažanga rodo, kad sugaudytų jonų sistemos greitai galės pasiekti klaidų korekcijos našumo lygius, reikalingus praktiškiems, plataus masto kvantiniams kompiuteriams, jei bendrovė sugebės ir toliau didinti kubitų skaičių bei išlaikyti arba gerinti aparatūros klaidų rodiklius. Tai kontrastuoja su kitomis kvantinių kompiuterių platformomis, kurios privalo vienu metu spręsti klaidų dažnio, kubitų skaičiaus ir sistemos integracijos iššūkius. Helios rezultatai taip sudaro svarbų žingsnį link klaidų tolerantiškų kvantinių kompiuterių.