Sandia و Quantinuum مجموعه گیت‌های یک کیوبیت منطقی را با «GST منطقی» به‌طور کامل مشخصه‌یابی کردند

پژوهشگران Sandia National Laboratories و Quantinuum یکی از جامع‌ترین ابزارهای تشخیص خطای کیوبیت، یعنی توموگرافی مجموعه گیت (gate set tomography یا GST)، را طوری تطبیق داده‌اند که نه‌فقط روی کیوبیت‌های فیزیکی، بلکه روی کیوبیت‌های منطقیِ تصحیح‌خطاشده هم کار کند. در پیش‌چاپی با عنوان Logical gate set tomography، تیمی ۱۴ نفره آنچه را نخستین مشخصه‌یابی کامل و خودسازگار یک مجموعه جهانی از گیت‌های منطقی تک‌کیوبیتی می‌نامد توصیف می‌کند؛ کاری که روی System Model H1، پردازنده ۲۰ کیوبیتی تله یونی Quantinuum، انجام شد.

چه چیزی اعلام شد

این روش که به اختصار «GST منطقی» نامیده می‌شود، برای پاسخ به پرسشی طراحی شده که نرخ‌های خطای ساده به آن پاسخ نمی‌دهند: پس از آنکه تصحیح خطای کوانتومی کارش را کرد، چه نوع نویزی باقی می‌ماند؟ به گفته مقاله، GST منطقی مدل‌های دقیقی از عملیات منطقی نویزی می‌سازد. پژوهشگران از این مدل‌ها می‌توانند کمیت‌هایی مانند وفاداری گیت و فاصله الماسی را به دست آورند و خطاهای همدوس و اثرهای غیرمارکوفی را بیازمایند؛ یعنی حالتی که نویز به رخدادهای قبلی محاسبه بستگی دارد.

به نوشته Quantum Computing Report، این آزمایش آخرین کارزار اندازه‌گیری روی دستگاه H1-1 بود. کیوبیت منطقی در کد هفت‌کیوبیتی Steane رمزگذاری شد و تیم از تصحیح خطای فعال با پیش‌خورد بی‌درنگ استفاده کرد و به‌جای ثبت اصلاحات صرفاً در نرم‌افزار، پالس‌های اصلاحی فیزیکی را به یون‌ها اعمال کرد. مجموعه مشخصه‌یابی‌شده شامل آماده‌سازی حالت منطقی، اندازه‌گیری، گیت‌های Clifford یعنی H و S، یک چرخه انتظار و تصحیح خطا، و گیت غیرClifford ‏T بود که با تزریق حالت جادویی و دورنوردی کوانتومی اجرا شد.

خبرنامه DesignQuantum را دریافت کنید

اخبار و مطالب توضیحی رایگان درباره رایانش کوانتومی، با پیوند هر ادعا به منبع آن. روزانه، هفتگی یا ماهانه را انتخاب کنید.

Website

نشانی ایمیل تناوبروزانههفتگیماهانه زبانEnglishEspañol简体中文हिन्दीالعربيةPortuguês (Brasil)FrançaisDeutsch日本語Русский한국어Bahasa IndonesiaTürkçeItalianoTiếng ViệtPolskiNederlandsไทยفارسیУкраїнськаবাংলাاردوKiswahiliBahasa Melayuעברית عضویت رایگان

رایگان. هر زمان با یک کلیک لغو اشتراک کنید. سیاست حفظ حریم خصوصی

جزئیات فنی

مقاله گزارش می‌دهد که داده‌های سخت‌افزاری عمدتاً خطاهای منطقی تصادفی از نوع پائولی (وارونگی تصادفی بیت و فاز) را نشان دادند، هیچ شاهدی بر غیرمارکوفی بودن منطقی دیده نشد و نشانه‌های خطای منطقی همدوس ضعیف بود. QCR ناوفاداری درهم‌تنیدگی برآوردشده برای گیت‌های منطقی را حدود ۰٫۲٪ تا ۱٫۷٪ گزارش می‌کند، با بازه‌های خطای گسترده، چون هر مدار فقط ۵۰ بار اجرا شد.

برای بررسی عمیق‌تر، نویسندگان همان پروتکل را با تعداد اجرای بسیار بیشتر روی شبیه‌ساز دقیق سیستم Quantinuum اجرا کردند. به گفته چکیده، GST منطقی در آنجا غیرمارکوفی بودنی ضعیف اما از نظر آماری معنادار و شواهد قوی از خطای منطقی همدوس یافت. تیم با روشن و خاموش کردن تک‌تک منابع خطا در شبیه‌ساز ردیابی کرد که خطاهای فیزیکی مشخص چگونه خطاهای منطقی را شکل می‌دهند. QCR گزارش می‌دهد که واهمدوسی فاز در حین جابه‌جایی و سرمایش یون‌ها منشأ اصلی رانش منطقی همدوس بود و رفتار غیرمارکوفی می‌تواند حتی با نویز فیزیکی مارکوفی، از خود چرخه‌های استخراج سندروم پدید آید.

چرا مهم است

قضیه‌های آستانه و رمزگشاها معمولاً فرض می‌کنند که تصحیح خطا نویز فیزیکی پیچیده را به خطاهای ساده و مستقل پائولی تبدیل می‌کند. GST منطقی به تیم‌های سخت‌افزاری راهی می‌دهد تا این فرض را مستقیماً روی کیوبیت‌های رمزگذاری‌شده بیازمایند، نه اینکه آن را غیرمستقیم استنتاج کنند. نتایج H1 تا حد زیادی تصویر نویز ساده را تأیید کرد، در حالی که نتایج شبیه‌ساز خطاهای ظریف و ساختارمندی را نشان داد که ممکن است با بزرگ‌تر شدن دستگاه‌ها اهمیت پیدا کنند.

چه چیزی را باید دنبال کرد

این کار پیش‌چاپ است و هنوز داوری همتا نشده است. پرسش‌های باز این است که آیا روش به مجموعه گیت‌های منطقی چندکیوبیتی و کدهای بزرگ‌تر گسترش‌پذیر است و آیا گروه‌های سخت‌افزاری آن را به‌طور معمول روی سیستم‌های جدیدتری مانند Helios از Quantinuum به کار خواهند گرفت.