IBM, dört süperiletken kuantum kablosuyla iki 120 kübitlik çipi birbirine bağladı
IBM araştırmacıları, iki 120 kübitlik işlemci arasında dört kanallı bir bağlantı kurduklarını ve arXiv ön baskısında ortalama %99 durum aktarım doğruluğu bildirdiklerini açıkladı.
Bu sayfa İngilizceden çevrilmiştir. Şirket ve ürün adları ile kaynak bağlantıları değiştirilmemiştir. Orijinalini İngilizce okuyun
IBM araştırmacıları, iki 120 kübitlik süperiletken işlemci arasında dört kanallı bir kuantum ara bağlantı gösterdiklerini; bunun, tek ve daha büyük bir kalıp yerine birden fazla çipten oluşan modüler sistemlere doğru atılmış bir adım olduğunu söylüyor. Ekip, 27 Ekim’de arXiv’e yüklenen bir çalışmada, metre ölçeğindeki süperiletken bağlantılar üzerinden ortalama %99 kuantum durum aktarım doğruluğu bildirdi; ayrıca çipler arası kapılarda ortalama %94,75 doğruluk elde edildiğini aktardı. Bu çalışma bir ön baskı niteliğinde.
Ne duyuruldu
Ön baskıda IBM, her biri 120 kübite sahip iki Nighthawk R1 işlemciyi, kriyojenik bir sistem içinde yaklaşık 80 santimetre uzunluğunda dört alüminyum koaksiyel kablo kullanarak bağladı. Araştırmacılar bu bağlantıları, kuantum durumlarını aktarmak, ayrı çiplerdeki kübitler arasında işlemler gerçekleştirmek ve her iki işlemciye yayılan dolanıklık üretmek için kullandı.
Şirket, bu sonucu, bildiği kadarıyla, büyük süperiletken kuantum işlemciler arasında çok kanallı bir kuantum ara bağlantının ilk gösterimi olarak tanımlıyor. Düzenek, 240 kübitin tamamını içermiyordu. Bunun yerine ekip, geliştirme sürecini hızlandırmak için ara bağlantılara yakın seçilmiş kübitleri bağladı ve ölçtü.
Teknik ayrıntılar
Her bağlantıda, kablonun uçlarında özel kübitler kullanıldı; ayarlanabilir kuplaj elemanları, bu kübitlerle mikrodalga bağlantısı arasındaki etkileşimleri kontrol etti. Araştırmacılar, ağ kıyaslaması kullanarak durum aktarım doğruluğunu her iki yönde ölçtü ve dört bağlantının tamamının %98,86’yı aştığını bildirdi. En iyi bağlantı %99,29’a ulaştı; belirsizlik ise 0,07 yüzde puandı.
Ekip daha sonra bu bağlantıları, farklı işlemcilerdeki hesaplama kübitleri arasında kontrollü-Z kapıları gerçekleştirmek için kullandı. Bu uzak kapılar, iki durum aktarımı, üç yerel iki kübitli kapı ve ek tek kübit kontrolü gerektirdi. Bu uzak kapılar için ortalama doğruluk %94,75 olurken, en iyi sonuç %96,42’ye ulaştı; belirsizlik ise 0,28 yüzde puandı.
IBM ayrıca iki çip arasına dağıtılmış dolanık durumlar da bildirdi. Araştırmacılar, bitişik bağlantılar üzerinden aynı anda iki dolanık çift üretti; ancak çiftlerden biri eşzamanlı çalışma sırasında daha düşük doğruluk gösterdi. Ayrıca işlemcilere yayılan dört kübitli ve altı kübitli dolanık durumlar da oluşturuldu. Ölçülen doğruluklar dört kübitli durum için %77,23 ve altı kübitli durum için %67,67 oldu; ölçüm hatalarına yönelik istatistiksel düzeltmeden sonra bu değerler %91,70 ve %90,87’ye yükseldi.
Paketleme ve güvenilirlik
Çalışmanın dikkat çeken bir bölümü mekanik ve kriyojenik entegrasyondu. Kablolar çip yüzeyine dik olarak bağlandı; araştırmacılara göre bu geometri, önceki paralel düzenlemelere kıyasla daha yoğun ara bağlantı yerleşimlerine daha uygun. Bağlantı, işlemci modülleri kriyostata yerleştirildikten sonra oda sıcaklığında oluşturulan indiyumdan indiyuma basınç bağlarıyla yapıldı.
Çalışmaya göre, dört bağlantının tamamı, bağlantılarda herhangi bir ayarlama yapılmadan üç ısınma ve yeniden soğutma döngüsü boyunca çalışır durumda kaldı.
Makale ayrıca, soğuma sırasında oluşan manyetik alanları kablo kaybının bir kaynağı olarak tanımlıyor. IBM, kabloların etrafına iki kat manyetik kalkan ekledi; ancak araştırmacılar örgülü kalkanı geçici bir önlem olarak tanımlıyor.
Neden önemli
Bu sonuç, süperiletken kuantum hesaplamada temel bir ölçekleme sorusuna yanıt veriyor: Birden fazla işlemci, yararlı hesaplama için gereken kuantum bilgisinin çok büyük bir kısmı kaybedilmeden birbirine bağlanabilir mi? Daha büyük sistemleri modüllerden inşa etmek, çip boyutu, kablolama ve paketleme etrafındaki fiziksel kısıtları hafifletebilir.
Bununla birlikte veriler, temel durum aktarımı ile tam dağıtık işlemler arasında hâlâ önemli bir fark olduğunu gösteriyor. IBM’nin hata modeli, durum aktarım hatasının yaklaşık %77’sini, özellikle dekoherans nedeniyle, kablo ve özel kübitlerdeki sınırlı koheransa bağladı. Araştırmacılar, deneyi hızlandırmak amacıyla, kübit performansını iyileştirdiği bilinen bazı üretim ve işleme adımlarını bilinçli olarak atladıklarını söylüyor.
İzlenmesi gerekenler
Bir sonraki sınama, IBM’nin çalışan dört bağlantıyı, doğrulukları da artırırken, daha fazla sayıda tekrarlanabilir ve üretilebilir bağlantıya dönüştürüp dönüştüremeyeceği olacak. Makale ayrıca olası bir mimari değişime de işaret ediyor: Uzak kapılar için gereken adım sayısını azaltmak amacıyla ara bağlantı elemanlarının doğrudan işlemci örgüsüne entegre edilmesi.
Şimdilik bu çalışma, eksiksiz bir modüler kuantum bilgisayardan ziyade umut verici bir alt sistemi ortaya koyuyor. Yazarların ifadesiyle, bundan sonraki zorluk, bu tür bağlantıların hata düzeltilmiş hesaplamada güvenilir ve tekrarlı biçimde kullanılması.
Kaynaklar
Bu sayfadaki bilgiler, aşağıdaki kaynaklardan alınmış ve DesignQuantum tarafından derlenmiştir.