Rutgers dan IBM melaporkan kawalan maklum balas masa nyata merentasi 100 qubit

Penyelidik dari Rutgers, IBM dan beberapa institusi rakan kerjasama berkata mereka telah menunjukkan maklum balas kuantum masa nyata merentasi sehingga 100 qubit, menggunakan pengukuran berulang dan penetapan semula ketika pemproses terus beroperasi. Menurut pengumuman itu, kerja tersebut dijalankan pada pemproses IBM Quantum Heron 156-qubit dan dihuraikan dalam satu kajian yang diterbitkan dalam Nature Physics. Hasil ini menangani satu keperluan teras bagi pengkomputeran kuantum tahan ralat: keupayaan untuk memantau bahagian tertentu sistem dan campur tangan berulang kali tanpa menghentikan pengiraan.

Apa yang diumumkan

Pasukan itu berkata mereka menggunakan rantaian bersambung sehingga 100 qubit pada perkakasan Heron milik IBM untuk menguji sama ada pemproses kuantum boleh berselang-seli antara dua tingkah laku secara masa nyata: mengacaukan maklumat merentasi qubit berjiran dan mengukur kemudian menetapkan semula qubit individu untuk mengekang pengacauan itu.

Secara keseluruhan, eksperimen itu melibatkan hampir 5,000 operasi dua-qubit dan hampir 5,000 pengukuran serta penetapan semula, menurut laporan tersebut. Para penyelidik menyifatkannya sebagai demonstrasi berjaya terbesar setakat ini bagi kawalan berasaskan maklum balas jenis ini.

Dapatkan surat berita DesignQuantum

Berita dan penjelasan percuma tentang pengkomputeran kuantum, dengan setiap dakwaan dipautkan kepada sumbernya. Pilih harian, mingguan atau bulanan.

Website

Alamat e-mel KekerapanHarianMingguanBulanan BahasaEnglishEspañol简体中文हिन्दीالعربيةPortuguês (Brasil)FrançaisDeutsch日本語Русский한국어Bahasa IndonesiaTürkçeItalianoTiếng ViệtPolskiNederlandsไทยفارسیУкраїнськаবাংলাاردوKiswahiliBahasa Melayuעברית Langgan percuma

Percuma. Berhenti melanggan dengan satu klik pada bila-bila masa. Dasar privasi

Profesor Rutgers Jedediah Pixley, salah seorang penulis kanan, berkata bidang ini perlu melakukan semakan dan pembetulan sedemikian berkali-kali semasa pengiraan untuk mencapai ketahanan ralat. Penulis kanan IBM Maika Takita berkata cabarannya ialah mengulangi pengukuran ketika seluruh pemproses yang lain terus beroperasi, bukannya menjeda sistem.

Perincian teknikal

Eksperimen itu mewujudkan persaingan antara dua proses. Satu proses menyebarkan maklumat dalam kalangan qubit berjiran, lalu menghasilkan dinamik yang semakin kacau. Proses yang satu lagi mengukur qubit terpilih dan menetapkannya semula, mendorong sistem ke arah keadaan teratur yang dipilih oleh para penyelidik.

Dengan mengubah kekerapan setiap proses berlaku, pasukan itu memerhati tingkah laku ambang. Apabila pengacauan berlaku lebih daripada separuh masa, sistem kekal kacau. Apabila semakan dan penetapan semula mendominasi, sistem beralih ke rejim teratur yang boleh dikawal. Berhampiran keseimbangan yang sama rata, perubahan kecil pada kadar kedua-dua proses itu mengubah sistem secara mendadak.

Menurut para penyelidik, perubahan mendadak itu sepadan dengan gambaran peralihan fasa: sistem kuantum bertukar secara kolektif daripada keadaan kacau kepada keadaan terkawal. Pengarang bersama pertama Haining Pan berkata peralihan itu menjadi lebih jelas apabila pasukan tersebut mengkaji sistem yang lebih besar, dan data eksperimen sepadan dengan jangkaan teori.

Laporan itu juga menjelaskan mengapa hasil ini penting untuk pembetulan ralat. Maklumat kuantum tidak boleh sekadar disalin, dan pengukuran boleh mengganggu keadaan yang sedang dikira. Oleh itu, mesin tahan ralat yang praktikal mesti dapat mengesan dan membetulkan ralat secara berulang sambil mengekalkan maklumat yang dikodkan.

Mengapa ia penting

Pengumuman itu membingkaikan hasil ini sebagai demonstrasi fizik dan juga pencapaian kejuruteraan sistem. Dari sudut fizik, ia menyokong ramalan teori bahawa campur tangan berulang boleh memacu peralihan daripada dinamik kuantum yang tidak terkawal kepada rejim teratur yang boleh dikawal. Dari sudut perkakasan, ia menunjukkan bahawa perkakasan superkonduktor masa kini mampu menyelaraskan get kuantum, pengukuran dan penetapan semula beribu-ribu kali merentasi peranti berskala besar.

Itu tidak bermaksud pengkomputeran kuantum tahan ralat telah dicapai. Laporan itu secara jelas menyatakan bahawa masih belum ada sesiapa yang membina komputer kuantum tahan ralat. Namun, keupayaan melaksanakan kitaran pengukuran-dan-penetapan semula berulang pada skala besar ialah salah satu komponen operasi yang diperlukan oleh sistem sedemikian.

Apa yang perlu diperhatikan

Persoalan seterusnya ialah bagaimana teknik seperti ini diterjemahkan kepada protokol pembetulan ralat penuh, dan bukannya eksperimen fizik terkawal. Kajian itu mencadangkan bahawa keupayaan litar dinamik IBM boleh mengekalkan jujukan panjang operasi berselang-seli pada subset qubit yang besar, yang relevan untuk demonstrasi qubit logik pada masa hadapan.

Kerjasama itu melibatkan penyelidik dari Rutgers, IBM, the City College of New York, the CUNY Graduate Center, Iowa State University, Ames National Laboratory, Pennsylvania State University dan Louisiana State University. Seperti yang dilaporkan dalam pengumuman itu, pemproses tersebut membolehkan pasukan berkenaan mengkaji sistem yang jauh lebih besar daripada kira-kira dua dozen qubit yang boleh mereka simulasikan pada komputer konvensional.