Rutgers ו-IBM מדווחות על בקרת משוב בזמן אמת על פני 100 קיוביטים
חוקרים מ-Rutgers, מ-IBM וממוסדות שותפים השתמשו בשבב Heron בן 156 קיוביטים כדי להדגים מדידה ואיפוס חוזרים על פני עד 100 קיוביטים.
עמוד זה תורגם מאנגלית. שמות החברות והמוצרים וקישורי המקור נותרו ללא שינוי. לקריאת המקור באנגלית
חוקרים מ-Rutgers, מ-IBM ומכמה מוסדות שותפים אומרים כי הדגימו משוב קוונטי בזמן אמת על פני עד 100 קיוביטים, באמצעות מדידות ואיפוסים חוזרים בזמן שהמעבד המשיך לפעול. לפי ההודעה, העבודה בוצעה על גבי מעבד IBM Quantum Heron בן 156 קיוביטים ומתוארת במחקר שפורסם ב-Nature Physics. התוצאה נוגעת לדרישת יסוד במחשוב קוונטי סביל-תקלות: היכולת לנטר חלקים ממערכת ולהתערב שוב ושוב בלי לעצור את החישוב.
מה הוכרז
הצוות אומר כי השתמש בשרשרת מחוברת של עד 100 קיוביטים על גבי חומרת Heron של IBM כדי לבדוק אם מעבד קוונטי יכול לעבור לסירוגין בזמן אמת בין שני מצבי פעולה: ערבול מידע בין קיוביטים שכנים, ומדידה ואז איפוס של קיוביטים בודדים כדי לדכא את הערבול הזה.
בסך הכול, הניסוי כלל כמעט 5,000 פעולות דו-קיוביטיות וכמעט 5,000 מדידות ואיפוסים, לפי הדיווח. החוקרים מתארים זאת כהדגמה המוצלחת הגדולה ביותר עד כה של בקרה המבוססת על משוב מסוג זה.
פרופסור Rutgers Jedediah Pixley, אחד המחברים הבכירים, אמר כי התחום יידרש לבצע בדיקות ותיקונים כאלה פעמים רבות במהלך חישוב כדי להגיע לעמידות לתקלות. המחברת הבכירה של IBM, Maika Takita, אמרה כי האתגר היה לחזור על מדידות בזמן ששאר המעבד המשיך לפעול, במקום להשהות את המערכת.
הפרטים הטכניים
הניסוי יצר תחרות בין שני תהליכים. תהליך אחד פיזר מידע בין קיוביטים שכנים ויצר דינמיקה הולכת ונעשית כאוטית. התהליך השני מדד קיוביטים נבחרים ואיפס אותם, ובכך דחף את המערכת לעבר מצב מסודר שנבחר על ידי החוקרים.
באמצעות שינוי התדירות שבה כל אחד מהתהליכים התרחש, הצוות הבחין בהתנהגות סף. כאשר הערבול התרחש ביותר ממחצית הזמן, המערכת נותרה כאוטית. כאשר הבדיקות והאיפוסים שלטו, המערכת עברה למשטר מסודר וניתן לשליטה. סמוך לאיזון בין השניים, שינוי קטן בקצב של שני התהליכים שינה את המערכת בחדות.
לדברי החוקרים, השינוי החד הזה תואם תמונה של מעבר פאזה: המערכת הקוונטית עוברת באופן קולקטיבי מכאוס לשליטה. המחבר השותף הראשון Haining Pan אמר כי המעבר נעשה מוגדר בצורה חדה יותר ככל שהצוות חקר מערכות גדולות יותר, וכי הנתונים הניסיוניים תאמו את הציפיות התאורטיות.
הדיווח גם מציין מדוע התוצאה חשובה לתיקון שגיאות. אי אפשר פשוט להעתיק מידע קוונטי, ומדידה עלולה להפריע למצב שעליו מתבצע החישוב. לכן מכונה מעשית סבילה לתקלות חייבת לזהות ולתקן שגיאות שוב ושוב תוך שמירה על המידע המקודד.
למה זה חשוב
בהודעה מוצגת התוצאה גם כהדגמה בפיזיקה וגם כאבן דרך בהנדסת מערכות. מן הצד הפיזיקלי, היא תומכת בחיזוי תאורטי שלפיו התערבויות חוזרות יכולות להניע מעבר מדינמיקה קוונטית לא מבוקרת למשטר מסודר וניתן לשליטה. מן הצד החומרתי, היא מראה שחומרה מוליכת-על עכשווית מתאמת שערים קוונטיים, מדידות ואיפוסים אלפי פעמים על פני התקן גדול.
אין פירוש הדבר שמחשוב קוונטי סביל-תקלות כבר הושג. הדיווח מציין במפורש שעדיין איש לא בנה מחשב קוונטי סביל-תקלות. אבל היכולת לבצע מחזורי מדידה-ואיפוס חוזרים בקנה מידה גדול היא אחד המרכיבים התפעוליים שמערכות כאלה יידרשו להם.
למה לעקוב
השאלה הבאה היא כיצד טכניקות כאלה מתורגמות לפרוטוקולים מלאים של תיקון שגיאות ולא לניסויי פיזיקה מבוקרים. המחקר מציע כי יכולות המעגלים הדינמיים של IBM יכולות לקיים רצפים ארוכים של פעולות משולבות על תתי-קבוצות גדולות של קיוביטים, דבר שרלוונטי להדגמות עתידיות של קיוביטים לוגיים.
שיתוף הפעולה כלל חוקרים מ-Rutgers, מ-IBM, מ-City College of New York, מ-CUNY Graduate Center, מ-Iowa State University, מ-Ames National Laboratory, מ-Pennsylvania State University ומ-Louisiana State University. כפי שדווח בהודעה, המעבד אפשר לצוות לחקור מערכות גדולות בהרבה מכשני תריסרי הקיוביטים בקירוב שאותם יכלו לדמות במחשבים קונבנציונליים.
מקורות
המידע בעמוד זה מבוסס על המקורות שלהלן, שאוחזרו על ידי DesignQuantum.
- Rutgers And IBM Demonstrate Real-Time Control Across 100 Qubits thequantuminsider.com