Rutgers e IBM relatam controle por feedback em tempo real em 100 qubits
Pesquisadores da Rutgers, da IBM e de instituições parceiras usaram um chip Heron de 156 qubits para demonstrar medições e reinicializações repetidas em até 100 qubits.
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Pesquisadores da Rutgers, da IBM e de várias instituições parceiras afirmam ter demonstrado feedback quântico em tempo real em até 100 qubits, usando medições e reinicializações repetidas enquanto um processador continuava operando. Segundo o anúncio, o trabalho foi realizado em um processador IBM Quantum Heron de 156 qubits e é descrito em um estudo publicado na Nature Physics. O resultado aborda um requisito central da computação quântica tolerante a falhas: a capacidade de monitorar partes de um sistema e intervir repetidamente sem interromper a computação.
O que foi anunciado
A equipe afirma ter usado uma cadeia conectada de até 100 qubits no hardware Heron da IBM para testar se um processador quântico poderia alternar entre dois comportamentos em tempo real: embaralhar informações entre qubits vizinhos e medir, depois reinicializar, qubits individuais para suprimir esse embaralhamento.
Ao todo, o experimento envolveu quase 5.000 operações de dois qubits e quase 5.000 medições e reinicializações, de acordo com o relatório. Os pesquisadores o descrevem como a maior demonstração bem-sucedida até agora desse tipo de controle baseado em feedback.
O professor da Rutgers Jedediah Pixley, um dos autores seniores, disse que a área precisará realizar esse tipo de verificação e correção muitas vezes ao longo de uma computação para alcançar tolerância a falhas. A autora sênior da IBM Maika Takita disse que o desafio era repetir as medições enquanto o restante do processador continuava operando, em vez de pausar o sistema.
Os detalhes técnicos
O experimento estabeleceu uma competição entre dois processos. Um processo espalhava informação entre qubits vizinhos, criando uma dinâmica cada vez mais caótica. O outro processo media qubits selecionados e os reinicializava, levando o sistema em direção a um estado ordenado escolhido pelos pesquisadores.
Ao variar a frequência com que cada processo ocorria, a equipe observou um comportamento de limiar. Quando o embaralhamento acontecia mais da metade do tempo, o sistema permanecia caótico. Quando a verificação e a reinicialização predominavam, o sistema passava para um regime ordenado e controlável. Perto de um equilíbrio entre os dois, uma pequena mudança na taxa dos processos alterava o sistema de forma abrupta.
Segundo os pesquisadores, essa mudança abrupta corresponde ao quadro de uma transição de fase: o sistema quântico passa coletivamente do caos para o controle. O co-primeiro autor Haining Pan disse que a transição se tornou mais nitidamente definida à medida que a equipe estudava sistemas maiores, e que os dados experimentais correspondiam às expectativas teóricas.
O relatório também observa por que o resultado importa para a correção de erros. A informação quântica não pode simplesmente ser copiada, e a medição pode perturbar o estado sobre o qual a computação está sendo feita. Portanto, uma máquina prática tolerante a falhas precisa detectar e corrigir erros repetidamente, preservando ao mesmo tempo a informação codificada.
Por que isso importa
O anúncio apresenta o resultado tanto como uma demonstração de física quanto como um marco de engenharia de sistemas. Do lado da física, ele dá suporte a uma previsão teórica de que intervenções repetidas podem conduzir uma transição de uma dinâmica quântica descontrolada para um regime ordenado e controlável. Do lado do hardware, ele mostra o hardware supercondutor atual coordenando portas quânticas, medições e reinicializações milhares de vezes em um dispositivo de grande porte.
Isso não significa que a computação quântica tolerante a falhas tenha sido alcançada. O relatório observa explicitamente que ninguém ainda construiu um computador quântico tolerante a falhas. Mas a capacidade de realizar ciclos repetidos de medição e reinicialização em escala é um dos ingredientes operacionais de que esses sistemas precisarão.
O que observar
A próxima questão é como técnicas como essa se traduzem em protocolos completos de correção de erros, e não apenas em experimentos de física controlados. O estudo sugere que os recursos de circuitos dinâmicos da IBM podem sustentar longas sequências de operações intercaladas em grandes subconjuntos de qubits, o que é relevante para futuras demonstrações de qubits lógicos.
A colaboração incluiu pesquisadores da Rutgers, da IBM, do City College of New York, do CUNY Graduate Center, da Iowa State University, do Ames National Laboratory, da Pennsylvania State University e da Louisiana State University. Como relatado no anúncio, o processador permitiu à equipe estudar sistemas muito maiores do que os cerca de duas dezenas de qubits que eles conseguiam simular em computadores convencionais.
Fontes
Os fatos desta página vêm das fontes abaixo, reunidas pela DesignQuantum.
- Rutgers And IBM Demonstrate Real-Time Control Across 100 Qubits thequantuminsider.com