IBM menghubungkan dua chip 120-qubit dengan empat kabel kuantum superkonduktor
Para peneliti IBM melaporkan tautan empat kanal antara dua prosesor 120-qubit, dengan fidelitas rata-rata transfer keadaan 99% dalam sebuah preprint arXiv.
Halaman ini diterjemahkan dari bahasa Inggris. Nama perusahaan dan produk serta tautan sumber tidak diubah. Baca versi asli dalam bahasa Inggris
Para peneliti IBM mengatakan mereka telah mendemonstrasikan interkoneksi kuantum empat kanal antara dua prosesor superkonduktor 120-qubit, sebuah langkah menuju sistem modular yang dibangun dari banyak chip alih-alih satu die yang lebih besar. Dalam studi yang diunggah ke arXiv pada 27 Oktober, tim tersebut melaporkan fidelitas rata-rata transfer keadaan kuantum sebesar 99% di seluruh tautan superkonduktor berskala meter, bersama gerbang lintas-chip dengan fidelitas rata-rata 94,75%. Karya ini masih berupa preprint.
Apa yang diumumkan
Dalam preprint tersebut, IBM menghubungkan dua prosesor Nighthawk R1, masing-masing dengan 120 qubit, menggunakan empat kabel koaksial aluminium sepanjang sekitar 80 sentimeter di dalam sistem kriogenik. Para peneliti menggunakan tautan itu untuk mentransfer keadaan kuantum, melakukan operasi antara qubit pada chip yang terpisah, dan menghasilkan keterikatan yang membentang di kedua prosesor.
Perusahaan itu menggambarkan hasil ini sebagai demonstrasi pertama, setahu mereka, dari interkoneksi kuantum multikanal antara prosesor kuantum superkonduktor berukuran besar. Pengaturan ini tidak melibatkan seluruh 240 qubit. Sebaliknya, tim memasang koneksi dan mengukur qubit-qubit terpilih di dekat interkoneksi untuk mempercepat pengembangan.
Detail teknis
Setiap tautan menggunakan qubit khusus di ujung-ujung kabel, dengan elemen kopling yang dapat disetel untuk mengendalikan interaksi antara qubit-qubit tersebut dan tautan gelombang mikro. Dengan menggunakan network benchmarking, para peneliti mengukur fidelitas transfer keadaan di kedua arah dan melaporkan bahwa keempat tautan melampaui 98,86%. Tautan terbaik mencapai 99,29%, dengan ketidakpastian 0,07 poin persentase.
Tim tersebut kemudian menggunakan koneksi ini untuk mengimplementasikan gerbang controlled-Z antara qubit komputasi pada prosesor yang berbeda. Gerbang jarak jauh itu memerlukan dua transfer keadaan, tiga gerbang dua-qubit lokal, dan kontrol qubit tunggal tambahan. Fidelitas rata-rata untuk gerbang jarak jauh ini adalah 94,75%, sementara yang terbaik mencapai 96,42%, dengan ketidakpastian 0,28 poin persentase.
IBM juga melaporkan keadaan-keadaan terikat yang didistribusikan di dua chip tersebut. Para peneliti menghasilkan dua pasangan terikat secara simultan melalui tautan yang berdekatan, meskipun satu pasangan menunjukkan fidelitas yang lebih rendah selama operasi simultan. Mereka juga membuat keadaan terikat empat-qubit dan enam-qubit yang membentang di kedua prosesor. Fidelitas yang terukur adalah 77,23% untuk keadaan empat-qubit dan 67,67% untuk keadaan enam-qubit; setelah koreksi statistik untuk kesalahan pengukuran, nilai tersebut naik menjadi 91,70% dan 90,87%.
Pengemasan dan keandalan
Bagian penting dari pekerjaan ini adalah integrasi mekanis dan kriogenik. Kabel-kabel dipasang tegak lurus terhadap permukaan chip, sebuah geometri yang menurut para peneliti lebih cocok untuk tata letak interkoneksi yang lebih rapat dibandingkan susunan paralel sebelumnya. Pemasangan ini menggunakan ikatan tekanan indium-ke-indium yang dibentuk pada suhu ruang setelah modul prosesor dipasang di cryostat.
Menurut studi tersebut, keempat tautan tetap berfungsi selama tiga siklus pemanasan dan pendinginan tanpa penyesuaian koneksi.
Makalah itu juga mengidentifikasi medan magnet selama pendinginan sebagai sumber rugi-rugi kabel. IBM menambahkan dua lapisan pelindung magnetik di sekeliling kabel, meskipun para peneliti menggambarkan anyaman pelindung itu sebagai langkah sementara.
Mengapa ini penting
Hasil ini menjawab pertanyaan utama soal penskalaan dalam komputasi kuantum superkonduktor: apakah banyak prosesor dapat dihubungkan tanpa kehilangan terlalu banyak informasi kuantum yang dibutuhkan untuk komputasi yang berguna. Membangun sistem yang lebih besar dari modul-modul dapat mengurangi kendala fisik terkait ukuran chip, pengkabelan, dan pengemasan.
Pada saat yang sama, data ini menunjukkan kesenjangan yang masih tersisa antara transfer keadaan dasar dan operasi terdistribusi penuh. Model kesalahan IBM mengaitkan sekitar 77% dari kesalahan transfer keadaan pada koherensi yang terbatas di kabel dan qubit khusus, terutama dephasing. Para peneliti mengatakan mereka sengaja melewati beberapa tahap fabrikasi dan pemrosesan yang diketahui dapat meningkatkan kinerja qubit demi mempercepat eksperimen.
Hal yang perlu diperhatikan
Uji berikutnya adalah apakah IBM dapat mengubah empat tautan yang berfungsi menjadi jumlah koneksi yang lebih besar, dapat direproduksi, dan dapat diproduksi sambil meningkatkan fidelitas. Makalah itu juga menunjukkan kemungkinan perubahan arsitektur: mengintegrasikan elemen interkoneksi langsung ke dalam kisi prosesor untuk mengurangi jumlah langkah yang diperlukan bagi gerbang jarak jauh.
Untuk saat ini, pekerjaan tersebut mendemonstrasikan subsistem yang menjanjikan, bukan komputer kuantum modular yang lengkap. Seperti yang dikatakan para penulis, tantangan ke depan adalah penggunaan tautan semacam itu secara andal dan berulang dalam komputasi terkoreksi kesalahan.
Sumber
Fakta di halaman ini berasal dari sumber-sumber di bawah ini, yang dihimpun oleh DesignQuantum.