Quantinuum demonstrē kvantu kļūdu labošanu, kas mēroga ziņā pārsniedz atmaksāšanos

Attēls: Ars Technica · Avots

Quantinuum jaunākā noķerto jonu kvantu procesora tehnoloģija ievērojami samazina loģisko kubitu kļūdu līmeni, panākot kļūdu labojuma koda attāluma palielināšanas rezultātā desmitkārtēju kļūdu samazināšanos, kas iezīmē būtisku progresu kvantu kļūdu labošanas veiktspējā.

Kvantu skaitļošanai ir fundamentāla problēma: kubiti ir pakļauti kļūdām, ko izraisa vides trokšņi un nepilnīga kontrole. Lai uzticami izpildītu kvantu algoritmus, šīs kļūdas ir jāatklāj un jālabo, izmantojot loģiskos kubitus, kas apvieno vairākus fiziskos kubitus, izmantojot kļūdu labojuma kodus. Loģisko kubitu mērogošana, lai samazinātu kļūdu līmeni, vēsturiskā skatījumā ir bijusi ierobežoti sekmīga, jo papildus aparatūras kubitu izmantošana palielina sarežģītību un var ieviest jaunas kļūdas, kavējot veiktspējas uzlabojumus.

Nesen Quantinuum, noķerto jonu kvantu skaitļošanas līderis, prezentēja jaunus datus no sava Helios procesora, kas iezīmē nozīmīgu sasniegumu kvantu kļūdu labošanas mērogošanā. Atšķirībā no iepriekšējām sistēmām, kas demonstrēja tikai mērenus uzlabojumus – kļūdu līmeņa samazināšanos aptuveni divkārtīgi, palielinot koda izmēru – Quantinuum risinājums sasniedza aptuveni desmitkārtēju loģisko kubitu kļūdu samazinājumu ar katru kļūdu labojuma koda attāluma palielinājumu.

Helios sistēma izmanto jonus, kas tiek saķerti un manipulēti ar elektriskajiem laukiem un lāzeriem, ļaujot jebkuriem diviem joniem kļūt saistītiem, kas atbalsta daudzveidīgus kļūdu labojuma kodus. Uzņēmums ieviesa krāsu kodus ar attālumiem 3, 5 un 7, kas atbilst pakāpeniski lielākām aparatūras kubitu grupām ( attiecīgi 13, 37 un 73 kubiti). Testējot šos kodus kvantu atmiņas pielietojumos, kur loģiskais kubits saglabā savu stāvokli, kļūdu līmenis samazinājās no aptuveni 5×10⁻⁴ attālumā 3 līdz 5×10⁻⁶ attālumā 7, liecinot par spēcīgu kļūdu nomākšanu.

Svarīgi šai veiktspējai ir Quantinuum inovācija izplūdes kļūdu pārvaldē — kur kubiti nokļūst nevēlamās enerģijas stāvokļos — izmantojot mērķtiecīgas lāzera pulsācijas, kas atgriež kubitus aprēķina stāvoklī, samazinot izplūdes kļūdu līmeni vairāk nekā sešas reizes. Turklāt to programmatūra dinamiski apmaina izplūdušos datu kubitus pret mērīšanas kubitiem, nodrošinot efektīvu kļūdu labojuma ciklu.

Komanda arī demonstrēja sistēmas spēju veikt divkubitu loģiskās vārtiņu operācijas loģiskajos kubitos, kas ir prasīgāka darbība nekā kvantu informācijas glabāšana. Lai gan attāluma 3 kods rādīja maz uzlabojumu vārtiņu kļūdu līmenī, attālums 5 ievērojami samazināja kļūdas, uzsverot aparatūras spēju uzturēt zemu loģisko kļūdu līmeni skaitļošanas laikā.

Lai gan šie sasniegumi ir daudzsološi, sistēma pašlaik atbalsta tikai vienu loģisko kubitu ar attālumu 7 vienlaicīgi, un zemākie kļūdu līmeņi joprojām pārsniedz slieksni, kas nepieciešams sarežģītiem kvantu algoritmiem. Tomēr mērogošanas tendences liecina, ka turpmāki aparatūras uzlabojumi varētu radīt būtiskus ieguvumus loģisko kubitu uzticamībā.

Quantinuum panākumi liecina, ka noķerto jonu sistēmas drīz varētu sasniegt kļūdu labojuma veiktspējas līmeni, kas nepieciešams praktiskai un lielapjoma kvantu skaitļošanai, ja uzņēmums spēs turpināt palielināt kubitu skaitu un uzturēt vai uzlabot aparatūras kļūdu līmeni. Tas kontrastē ar citām kvantu skaitļošanas platformām, kurām jārisina vienlaikus kļūdu līmeņi, kubitu skaits un sistēmu integrācija. Tādējādi Helios rezultāti apzīmē nozīmīgu soli tuvāk kļūdu noturīgu kvantu datoru izveidei.