IBM menghubungkan dua cip 120-qubit dengan empat kabel kuantum superkonduktor
Penyelidik IBM melaporkan pautan empat saluran antara dua pemproses 120-qubit, dengan purata fideliti pemindahan keadaan 99% dalam pracetak arXiv.
Halaman ini diterjemahkan daripada bahasa Inggeris. Nama syarikat dan produk serta pautan sumber kekal tidak berubah. Baca versi asal dalam bahasa Inggeris
Penyelidik IBM berkata mereka telah menunjukkan interkoneksi kuantum empat saluran antara dua pemproses superkonduktor 120-qubit, satu langkah ke arah sistem modular yang dibina daripada pelbagai cip dan bukannya satu die yang lebih besar. Dalam kajian yang dimuat naik ke arXiv pada 27 Oktober, pasukan itu melaporkan purata fideliti pemindahan keadaan kuantum sebanyak 99% merentasi pautan superkonduktor berskala meter, bersama gerbang rentas cip dengan purata fideliti 94.75%. Kerja ini ialah pracetak.
Apa yang diumumkan
Dalam pracetak itu, IBM menghubungkan dua pemproses Nighthawk R1, masing-masing dengan 120 qubit, menggunakan empat kabel sepaksi aluminium sepanjang kira-kira 80 sentimeter di dalam sistem kriogenik. Para penyelidik menggunakan pautan itu untuk memindahkan keadaan kuantum, melaksanakan operasi antara qubit pada cip berasingan, dan menjana keterikatan yang merentasi kedua-dua pemproses.
Syarikat itu menyifatkan hasil tersebut sebagai demonstrasi pertama, setakat pengetahuannya, bagi interkoneksi kuantum berbilang saluran antara pemproses kuantum superkonduktor berskala besar. Persediaan itu tidak melibatkan kesemua 240 qubit. Sebaliknya, pasukan itu menyambung dan mengukur qubit terpilih berhampiran interkoneksi untuk mempercepatkan pembangunan.
Butiran teknikal
Setiap pautan menggunakan qubit khusus pada hujung kabel, dengan elemen gandingan boleh tala yang mengawal interaksi antara qubit tersebut dan pautan gelombang mikro. Menggunakan penanda aras rangkaian, para penyelidik mengukur fideliti pemindahan keadaan dalam kedua-dua arah dan melaporkan bahawa keempat-empat pautan melebihi 98.86%. Pautan terbaik mencapai 99.29%, dengan ketidakpastian 0.07 mata peratusan.
Pasukan itu kemudian menggunakan sambungan tersebut untuk melaksanakan gerbang controlled-Z antara qubit pengiraan pada pemproses yang berbeza. Gerbang jauh itu memerlukan dua pemindahan keadaan, tiga gerbang dua-qubit setempat dan kawalan satu-qubit tambahan. Purata fideliti bagi gerbang jauh ini ialah 94.75%, manakala yang terbaik mencapai 96.42%, dengan ketidakpastian 0.28 mata peratusan.
IBM turut melaporkan keadaan terikat yang diagihkan merentasi dua cip itu. Para penyelidik menjana dua pasangan terikat secara serentak melalui pautan bersebelahan, walaupun satu pasangan menunjukkan fideliti lebih rendah semasa operasi serentak. Mereka seterusnya menghasilkan keadaan terikat empat-qubit dan enam-qubit yang merentasi kedua-dua pemproses. Fideliti yang diukur ialah 77.23% bagi keadaan empat-qubit dan 67.67% bagi keadaan enam-qubit; selepas pembetulan statistik untuk ralat pengukuran, nilai itu meningkat kepada 91.70% dan 90.87%.
Pembungkusan dan kebolehpercayaan
Bahagian penting kerja ini ialah integrasi mekanikal dan kriogenik. Kabel disambungkan secara tegak lurus pada permukaan cip, satu geometri yang menurut para penyelidik lebih sesuai untuk susun atur interkoneksi yang lebih padat berbanding susunan selari terdahulu. Sambungan itu menggunakan ikatan tekanan indium-ke-indium yang dibentuk pada suhu bilik selepas modul pemproses dipasang dalam kriostat.
Menurut kajian itu, keempat-empat pautan kekal beroperasi sepanjang tiga kitaran pemanasan dan penyejukan tanpa pelarasan sambungan.
Kertas itu juga mengenal pasti medan magnet semasa proses penyejukan sebagai punca kehilangan pada kabel. IBM menambah dua lapisan perlindungan magnet di sekeliling kabel, walaupun para penyelidik menyifatkan anyaman perlindungan itu sebagai langkah sementara.
Mengapa ia penting
Hasil ini menangani persoalan penskalaan utama bagi pengkomputeran kuantum superkonduktor: sama ada berbilang pemproses boleh dihubungkan tanpa kehilangan terlalu banyak maklumat kuantum yang diperlukan untuk pengiraan berguna. Membina sistem yang lebih besar daripada modul boleh mengurangkan kekangan fizikal berkaitan saiz cip, pendawaian dan pembungkusan.
Pada masa yang sama, data itu menunjukkan jurang yang masih wujud antara pemindahan keadaan asas dan operasi teragih penuh. Model ralat IBM mengaitkan kira-kira 77% daripada ralat pemindahan keadaan kepada koherens yang terhad dalam kabel dan qubit khusus, terutamanya penyahfasa. Para penyelidik berkata mereka sengaja melangkau beberapa langkah fabrikasi dan pemprosesan yang diketahui dapat meningkatkan prestasi qubit untuk mempercepatkan eksperimen.
Apa yang perlu diperhatikan
Ujian seterusnya ialah sama ada IBM boleh menukar empat pautan yang berfungsi kepada jumlah sambungan yang lebih besar, boleh dihasilkan semula dan boleh dikilangkan sambil meningkatkan fideliti. Kertas itu juga menunjukkan kemungkinan perubahan seni bina: menyepadukan elemen interkoneksi secara langsung ke dalam kekisi pemproses untuk mengurangkan bilangan langkah yang diperlukan bagi gerbang jauh.
Buat masa ini, kerja ini menunjukkan subsistem yang menjanjikan dan bukannya komputer kuantum modular yang lengkap. Seperti yang dinyatakan oleh para penulis, cabaran seterusnya ialah penggunaan pautan sedemikian secara andal dan berulang dalam pengiraan dengan pembetulan ralat.
Sumber
Fakta di halaman ini diambil daripada sumber di bawah, diperoleh oleh DesignQuantum.