Sandia i Quantinuum w pełni charakteryzują zestaw bramek kubitu logicznego dzięki „logicznej GST”

Naukowcy z Sandia National Laboratories i Quantinuum zaadaptowali jedno z najdokładniejszych narzędzi do diagnozowania błędów kubitów, tomografię zestawów bramek (gate set tomography, GST), tak aby działało na kubitach logicznych z korekcją błędów, a nie tylko na kubitach fizycznych. W preprincie zatytułowanym Logical gate set tomography 14-osobowy zespół autorów opisuje to, co nazywa pierwszą pełną i samospójną charakteryzacją uniwersalnego zestawu jednokubitowych bramek logicznych, przeprowadzoną na 20-kubitowym procesorze z pułapką jonową System Model H1 firmy Quantinuum.

Co ogłoszono

Metoda, w skrócie „logiczna GST”, ma odpowiedzieć na pytanie, na które proste wskaźniki błędów nie odpowiadają: jaki szum pozostaje, gdy kwantowa korekcja błędów wykona już swoją pracę? Według artykułu logiczna GST tworzy szczegółowe modele zaszumionych operacji logicznych. Na ich podstawie można wyznaczyć m.in. wierność bramek i odległość diamentową oraz sprawdzić obecność błędów koherentnych i efektów niemarkowowskich, w których szum zależy od tego, co wydarzyło się wcześniej w obliczeniach.

Jak opisuje Quantum Computing Report, eksperyment był ostatnią kampanią przeprowadzoną na maszynie H1-1. Kubit logiczny zakodowano w siedmiokubitowym kodzie Steane’a, a zespół stosował aktywną korekcję błędów ze sprzężeniem w czasie rzeczywistym, wysyłając fizyczne impulsy korekcyjne do jonów zamiast śledzić korekty programowo. Scharakteryzowany zestaw obejmował przygotowanie stanu logicznego, pomiar, bramki Clifforda H i S, cykl bezczynności i korekcji błędów oraz niecliffordowską bramkę T realizowaną przez wstrzykiwanie stanów magicznych i teleportację.

Zapisz się na newsletter DesignQuantum

Bezpłatne wiadomości i materiały objaśniające o obliczeniach kwantowych, a każde twierdzenie z linkiem do źródła. Wybierz: codziennie, co tydzień lub co miesiąc.

Website

Adres e-mail CzęstotliwośćCodziennieCo tydzieńCo miesiąc JęzykEnglishEspañol简体中文हिन्दीالعربيةPortuguês (Brasil)FrançaisDeutsch日本語Русский한국어Bahasa IndonesiaTürkçeItalianoTiếng ViệtPolskiNederlandsไทยفارسیУкраїнськаবাংলাاردوKiswahiliBahasa Melayuעברית Zapisz się za darmo

Bezpłatnie. Wypiszesz się w każdej chwili jednym kliknięciem. Polityka prywatności

Szczegóły techniczne

Artykuł podaje, że dane sprzętowe wykazały głównie błędy logiczne typu Pauliego o charakterze stochastycznym (losowe odwrócenia bitu i fazy), brak oznak logicznej niemarkowowskości i jedynie słabe sygnały koherentnego błędu logicznego. QCR podaje szacowane niewierności splątania od około 0,2% do 1,7% dla bramek logicznych, z dużymi przedziałami błędu, ponieważ na każdy obwód wykonano tylko 50 przebiegów.

Aby przyjrzeć się temu dokładniej, autorzy uruchomili ten sam protokół z dużo większą liczbą przebiegów na szczegółowym emulatorze systemu Quantinuum. Tam, według streszczenia, logiczna GST wykryła słabą, ale statystycznie istotną niemarkowowskość i mocne dowody koherentnego błędu logicznego. Włączając i wyłączając poszczególne źródła błędów w emulatorze, zespół prześledził, jak konkretne błędy fizyczne kształtują błędy logiczne. QCR informuje, że głównym źródłem koherentnego dryfu logicznego było rozfazowanie podczas transportu i chłodzenia jonów, a zachowanie niemarkowowskie może wynikać z samych cykli ekstrakcji syndromu, nawet gdy szum fizyczny jest markowowski.

Dlaczego to ważne

Twierdzenia progowe i dekodery zwykle zakładają, że korekcja błędów zamienia złożony szum fizyczny w proste, niezależne błędy Pauliego. Logiczna GST daje zespołom sprzętowym sposób na bezpośrednie sprawdzenie tego założenia na kubitach zakodowanych, zamiast wnioskowania pośredniego. Wyniki z H1 w dużej mierze potwierdziły obraz prostego szumu, natomiast wyniki z emulatora pokazują subtelne, ustrukturyzowane błędy, które mogą zyskać na znaczeniu wraz ze wzrostem maszyn.

Na co zwrócić uwagę

Praca jest preprintem i nie przeszła jeszcze recenzji. Otwarte pozostają pytania, czy metoda da się przeskalować na wielokubitowe zestawy bramek logicznych i większe kody oraz czy zespoły sprzętowe zaczną rutynowo stosować ją w nowszych systemach, takich jak Helios firmy Quantinuum.