Rutgers и IBM сообщили об управлении с обратной связью в реальном времени на 100 кубитах
Исследователи из Rutgers, IBM и партнёрских организаций использовали 156-кубитный чип Heron, чтобы продемонстрировать многократные измерения и сброс состояния на группах до 100 кубитов.
Эта страница переведена с английского. Названия компаний и продуктов, а также ссылки на источники оставлены без изменений. Читать оригинал на английском
Исследователи из Rutgers, IBM и нескольких партнёрских организаций заявили, что продемонстрировали квантовую обратную связь в реальном времени на системах размером до 100 кубитов, используя повторяющиеся измерения и сброс состояния во время непрерывной работы процессора. Согласно объявлению, работа была выполнена на 156-кубитном процессоре IBM Quantum Heron и описана в исследовании, опубликованном в Nature Physics. Этот результат затрагивает одно из ключевых требований отказоустойчивых квантовых вычислений: способность отслеживать части системы и многократно вмешиваться в её работу без остановки вычислений.
Что было объявлено
Команда сообщает, что использовала связанную цепочку из до 100 кубитов на оборудовании Heron от IBM, чтобы проверить, может ли квантовый процессор в реальном времени чередовать два режима работы: перемешивание информации между соседними кубитами и измерение с последующим сбросом отдельных кубитов для подавления этого перемешивания.
Согласно сообщению, всего эксперимент включал почти 5,000 двухкубитных операций и почти 5,000 измерений и сбросов состояния. Исследователи называют это крупнейшей на сегодняшний день успешной демонстрацией такого типа управления на основе обратной связи.
Профессор Rutgers Jedediah Pixley, один из старших авторов работы, заявил, что для достижения отказоустойчивости этой области потребуется выполнять подобные проверки и коррекции многократно в ходе вычислений. Старший автор от IBM Maika Takita сказала, что задача состояла в том, чтобы повторять измерения, пока остальная часть процессора продолжала работать, а не приостанавливать всю систему.
Технические детали
В эксперименте было организовано соперничество между двумя процессами. Один процесс распространял информацию между соседними кубитами, создавая всё более хаотичную динамику. Другой процесс измерял выбранные кубиты и сбрасывал их состояние, переводя систему в упорядоченное состояние, заданное исследователями.
Изменяя частоту каждого из процессов, команда наблюдала пороговое поведение. Когда перемешивание происходило более чем в половине случаев, система оставалась хаотичной. Когда преобладали проверка и сброс, система переходила в управляемый упорядоченный режим. Вблизи равновесия даже небольшое изменение частоты этих двух процессов резко меняло поведение системы.
По словам исследователей, это резкое изменение соответствует картине фазового перехода: квантовая система коллективно переключается от хаоса к управлению. Один из первых авторов Haining Pan сказал, что переход становился всё более чётко выраженным по мере изучения более крупных систем и что экспериментальные данные соответствовали теоретическим ожиданиям.
В сообщении также отмечается, почему этот результат важен для коррекции ошибок. Квантовую информацию нельзя просто скопировать, а измерение может возмущать вычисляемое состояние. Поэтому практическая отказоустойчивая машина должна многократно обнаруживать и исправлять ошибки, сохраняя при этом закодированную информацию.
Почему это важно
В объявлении этот результат представлен одновременно как демонстрация в области физики и как важная веха системной инженерии. С точки зрения физики он подтверждает теоретическое предсказание о том, что повторяющиеся вмешательства могут вызывать переход от неуправляемой квантовой динамики к упорядоченному, контролируемому режиму. С точки зрения аппаратного обеспечения он показывает, что современные сверхпроводниковые системы способны тысячи раз координировать квантовые вентили, измерения и сбросы состояния на крупном устройстве.
Это не означает, что отказоустойчивые квантовые вычисления уже достигнуты. В сообщении прямо отмечается, что пока никому не удалось построить отказоустойчивый квантовый компьютер. Но способность в крупном масштабе выполнять повторяющиеся циклы измерения и сброса состояния — один из операционных компонентов, которые понадобятся таким системам.
На что обратить внимание
Следующий вопрос заключается в том, как подобные методы можно перенести из контролируемых физических экспериментов в полноценные протоколы коррекции ошибок. Исследование показывает, что возможности динамических схем IBM позволяют поддерживать длинные последовательности чередующихся операций на больших подмножествах кубитов, что имеет значение для будущих демонстраций логических кубитов.
В коллаборацию вошли исследователи из Rutgers, IBM, the City College of New York, the CUNY Graduate Center, Iowa State University, Ames National Laboratory, Pennsylvania State University и Louisiana State University. Как сообщается в объявлении, процессор позволил команде изучать системы значительно большего размера, чем примерно два десятка кубитов, которые они могли моделировать на обычных компьютерах.
Источники
Факты на этой странице взяты из указанных ниже источников и собраны DesignQuantum.
- Rutgers And IBM Demonstrate Real-Time Control Across 100 Qubits thequantuminsider.com