Sandia และ Quantinuum จำแนกลักษณะชุดเกตของคิวบิตเชิงตรรกะได้ครบถ้วนด้วย "GST เชิงตรรกะ"

นักวิจัยจาก Sandia National Laboratories และ Quantinuum ได้ปรับเครื่องมือวินิจฉัยข้อผิดพลาดของคิวบิตที่ละเอียดที่สุดชิ้นหนึ่ง คือโทโมกราฟีชุดเกต (gate set tomography หรือ GST) ให้ใช้ได้กับคิวบิตเชิงตรรกะที่แก้ไขข้อผิดพลาดแล้ว ไม่ใช่เฉพาะคิวบิตเชิงกายภาพ ในพรีปรินต์ชื่อ Logical gate set tomography ทีมผู้เขียน 14 คนบรรยายสิ่งที่พวกเขาเรียกว่าการจำแนกลักษณะที่สมบูรณ์และสอดคล้องในตัวเองครั้งแรกของชุดเกตเชิงตรรกะแบบคิวบิตเดียวที่เป็นสากล ซึ่งทำบน System Model H1 โปรเซสเซอร์กับดักไอออน 20 คิวบิตของ Quantinuum

สิ่งที่ประกาศ

วิธีนี้ซึ่งเรียกสั้น ๆ ว่า "GST เชิงตรรกะ" ออกแบบมาเพื่อตอบคำถามที่อัตราข้อผิดพลาดแบบง่ายตอบไม่ได้ นั่นคือ หลังจากการแก้ไขข้อผิดพลาดควอนตัมทำงานแล้ว ยังเหลือสัญญาณรบกวนแบบใดอยู่ ตามบทความ GST เชิงตรรกะสร้างแบบจำลองโดยละเอียดของการดำเนินการเชิงตรรกะที่มีสัญญาณรบกวน ซึ่งนักวิจัยสามารถดึงค่าต่าง ๆ เช่น ความเที่ยงตรงของเกตและระยะไดมอนด์ออกมาได้ และทดสอบหาข้อผิดพลาดแบบโคฮีเรนต์และผลกระทบแบบไม่ใช่มาร์คอฟ ซึ่งสัญญาณรบกวนขึ้นกับสิ่งที่เกิดขึ้นก่อนหน้าในการคำนวณ

ตามที่ Quantum Computing Report อธิบาย การทดลองนี้เป็นการวัดชุดสุดท้ายบนเครื่อง H1-1 คิวบิตเชิงตรรกะถูกเข้ารหัสด้วยรหัส Steane เจ็ดคิวบิต และทีมใช้การแก้ไขข้อผิดพลาดแบบแอ็กทีฟพร้อมการป้อนไปข้างหน้าแบบเรียลไทม์ โดยส่งพัลส์แก้ไขทางกายภาพไปยังไอออนแทนการติดตามการแก้ไขในซอฟต์แวร์เพียงอย่างเดียว ชุดที่จำแนกลักษณะประกอบด้วยการเตรียมสถานะเชิงตรรกะ การวัด เกต Clifford ‏H และ S รอบการรอและแก้ไขข้อผิดพลาด และเกต T ที่ไม่ใช่ Clifford ซึ่งทำผ่านการฉีดสถานะเมจิกและการเทเลพอร์ตควอนตัม

รับจดหมายข่าว DesignQuantum

ข่าวและบทความอธิบายด้านควอนตัมคอมพิวติงฟรี ทุกข้อความอ้างอิงมีลิงก์ไปยังแหล่งที่มา เลือกรับรายวัน รายสัปดาห์ หรือรายเดือน

Website

อีเมล ความถี่รายวันรายสัปดาห์รายเดือน ภาษาEnglishEspañol简体中文हिन्दीالعربيةPortuguês (Brasil)FrançaisDeutsch日本語Русский한국어Bahasa IndonesiaTürkçeItalianoTiếng ViệtPolskiNederlandsไทยفارسیУкраїнськаবাংলাاردوKiswahiliBahasa Melayuעברית สมัครรับฟรี

ฟรี ยกเลิกการรับได้ทุกเมื่อด้วยคลิกเดียว นโยบายความเป็นส่วนตัว

รายละเอียดทางเทคนิค

บทความรายงานว่าข้อมูลจากฮาร์ดแวร์แสดงข้อผิดพลาดเชิงตรรกะแบบเพาลีที่สุ่ม (การพลิกบิตและเฟสแบบสุ่ม) เป็นหลัก ไม่พบหลักฐานของความไม่ใช่มาร์คอฟเชิงตรรกะ และมีเพียงสัญญาณอ่อนของข้อผิดพลาดเชิงตรรกะแบบโคฮีเรนต์ QCR รายงานความไม่เที่ยงตรงของการพัวพันที่ประเมินไว้ประมาณ 0.2% ถึง 1.7% สำหรับเกตเชิงตรรกะ โดยมีช่วงความคลาดเคลื่อนกว้าง เพราะแต่ละวงจรรันเพียง 50 ครั้ง

เพื่อเจาะลึกยิ่งขึ้น ผู้เขียนรันโปรโตคอลเดียวกันด้วยจำนวนครั้งที่มากกว่ามากบนซิมูเลเตอร์ระบบโดยละเอียดของ Quantinuum ตามบทคัดย่อ GST เชิงตรรกะพบความไม่ใช่มาร์คอฟที่อ่อนแต่มีนัยสำคัญทางสถิติ และหลักฐานที่ชัดเจนของข้อผิดพลาดเชิงตรรกะแบบโคฮีเรนต์ ด้วยการเปิดปิดแหล่งข้อผิดพลาดแต่ละแหล่งในซิมูเลเตอร์ ทีมติดตามได้ว่าข้อผิดพลาดเชิงกายภาพแต่ละแบบส่งผลต่อข้อผิดพลาดเชิงตรรกะอย่างไร QCR รายงานว่าการสูญเสียเฟสระหว่างการขนส่งและการทำให้ไอออนเย็นลงเป็นแหล่งหลักของการเลื่อนเชิงตรรกะแบบโคฮีเรนต์ และพฤติกรรมแบบไม่ใช่มาร์คอฟอาจเกิดจากรอบการสกัดซินโดรมเองได้ แม้สัญญาณรบกวนเชิงกายภาพจะเป็นแบบมาร์คอฟก็ตาม

เหตุใดจึงสำคัญ

ทฤษฎีบทเกณฑ์และตัวถอดรหัสมักสมมติว่าการแก้ไขข้อผิดพลาดเปลี่ยนสัญญาณรบกวนเชิงกายภาพที่ซับซ้อนให้กลายเป็นข้อผิดพลาดเพาลีที่เรียบง่ายและเป็นอิสระต่อกัน GST เชิงตรรกะทำให้ทีมฮาร์ดแวร์มีวิธีทดสอบสมมติฐานนี้โดยตรงบนคิวบิตที่เข้ารหัสแล้ว แทนการอนุมานเอา ผลจาก H1 สนับสนุนภาพสัญญาณรบกวนแบบเรียบง่ายเป็นส่วนใหญ่ ส่วนผลจากซิมูเลเตอร์เผยข้อผิดพลาดที่ละเอียดอ่อนและมีโครงสร้าง ซึ่งอาจมีความสำคัญเมื่ออุปกรณ์ใหญ่ขึ้น

สิ่งที่ต้องติดตาม

งานนี้เป็นพรีปรินต์และยังไม่ผ่านการตรวจทานโดยผู้ทรงคุณวุฒิ คำถามที่ยังเปิดอยู่คือวิธีนี้จะขยายไปสู่ชุดเกตเชิงตรรกะหลายคิวบิตและรหัสที่ใหญ่ขึ้นได้หรือไม่ และกลุ่มฮาร์ดแวร์จะนำไปใช้เป็นประจำบนระบบรุ่นใหม่อย่าง Helios ของ Quantinuum หรือไม่