Quantinuum Demonstrerar Kvantfelskorrektion som Skalar Väsentligt Bortom Jämviktspunkt

Bild: Ars Technica · Källa

Quantinuums senaste kvantprocessor med fängslade joner förbättrar logiska qubitars felhastigheter avsevärt, uppnår en tiofaldig reduktion för varje ökning i felkorrigeringskodens räckvidd, vilket markerar ett stort framsteg inom kvantfelskorrektionens prestanda.

Kvantberäkning står inför en grundläggande utmaning: qubits är benägna att drabbas av fel från miljöstörningar och ofullständig kontroll. För att pålitligt kunna köra kvantalgoritmer måste dessa fel upptäckas och korrigeras med hjälp av logiska qubits, vilka länkar flera fysiska qubits genom felkorrigeringskoder. Att skala dessa logiska qubits för att sänka felhastigheterna har historiskt sett haft begränsad framgång, eftersom tillförda hårdvaruqubits ökar komplexiteten och kan introducera fler fel, vilket hämmar prestandaförbättringar.

Nyligen presenterade Quantinuum, en ledare inom kvantberäkning med fängslade joner, nya resultat från sin Helios-processor, vilket markerar ett betydande genombrott i skalning av kvantfelskorrektion. Till skillnad från tidigare system som bara visat måttliga förbättringar — felhastigheter som sjunker med ungefär en faktor två vid ökning av kodstorlek — uppnådde Quantinuums setup en ungefär tiofaldig minskning i logisk qubit-felhastighet för varje steg upp i felkorrigeringskodens räckvidd.

Helios-systemet använder joner fängslade och manipulerade via elektriska fält och laser, vilket möjliggör sammanflätning av vilka två joner som helst och stöder mångsidiga felkorrigeringskoder. Företaget implementerade färgkoder med räckvidderna 3, 5 och 7, vilket motsvarar successivt större grupper av hårdvaruqubits (13, 37 och 73 qubits respektive). Testning av dessa koder för kvantminnestillämpningar, där en logisk qubit håller sin tillstånd, visade att felhastigheterna sjönk från cirka 5×10⁻⁴ vid räckvidd 3 till 5×10⁻⁶ vid räckvidd 7, vilket indikerar robust felundertryckning.

Nyckeln till denna prestanda är Quantinuums innovation i hanteringen av läckagefel — där qubits avviker till oönskade energitillstånd — genom att applicera riktade laserpulser som återför dessa qubits till beräkningstillstånd, vilket reducerar läckagefel med över sex gånger. Dessutom byter deras programvara dynamiskt ut läckande datakubits med mätkubits, vilket möjliggör effektiva felkorrigeringscykler.

Teamet demonstrerade också systemets förmåga att köra tvåqubitslogikgrindar inom de logiska qubitsen, en mer krävande operation än lagring av kvantinformation. Medan en kod med räckvidd 3 visade liten förbättring i grindfel, minskade koden med räckvidd 5 fel avsevärt, vilket understryker hårdvarans förmåga att bibehålla låga logiska fel under beräkning.

Trots dessa lovande prestationer stödjer systemet för närvarande endast en logisk qubit med räckvidd 7 åt gången, och de lägsta felhastigheterna överskrider fortfarande de tröskelvärden som krävs för komplexa kvantalgoritmer. Ändå tyder skalningstrenderna på att ytterligare hårdvaruförbättringar kan leda till dramatiska vinster i logisk qubittillförlitlighet.

Quantinuums framsteg signalerar att system med fängslade joner snart kan nå de nivåer av felkorrigeringsprestanda som krävs för praktisk, storskalig kvantberäkning, förutsatt att företaget kan fortsätta att skala upp antalet qubits och bibehålla eller förbättra hårdvarufelhastigheter. Detta står i kontrast till andra kvantberäkningsplattformar som måste hantera felhastigheter, qubitantal och systemintegration samtidigt. Helios-resultaten utgör således ett viktigt steg framåt i jakten på felfria kvantdatorer.