Rutgers та IBM повідомили про зворотний зв’язок у реальному часі для 100 кубітів
Дослідники з Rutgers, IBM та партнерських установ використали 156-кубітний чип Heron, щоб продемонструвати повторювані вимірювання та скидання для до 100 кубітів.
Цю сторінку перекладено з англійської. Назви компаній і продуктів, а також посилання на джерела залишено без змін. Читати оригінал англійською
Дослідники з Rutgers, IBM та кількох партнерських установ заявили, що продемонстрували квантовий зворотний зв’язок у реальному часі для системи з до 100 кубітів, використовуючи повторювані вимірювання та скидання, поки процесор продовжував працювати. Згідно з оголошенням, роботу виконали на 156-кубітному процесорі IBM Quantum Heron, а її результати описано в дослідженні, опублікованому в Nature Physics. Цей результат стосується однієї з ключових вимог до відмовостійких квантових обчислень: здатності відстежувати частини системи й багаторазово втручатися, не зупиняючи обчислення.
Що оголосили
Команда повідомила, що використала зв’язаний ланцюг із до 100 кубітів на обладнанні Heron від IBM, щоб перевірити, чи може квантовий процесор у реальному часі чергуватися між двома режимами роботи: перемішуванням інформації між сусідніми кубітами та вимірюванням із подальшим скиданням окремих кубітів для придушення цього перемішування.
Загалом експеримент, згідно зі звітом, включав майже 5,000 двокубітних операцій і майже 5,000 вимірювань та скидань. Дослідники описують це як найбільшу на сьогодні успішну демонстрацію такого типу керування на основі зворотного зв’язку.
Професор Rutgers Jedediah Pixley, один зі старших авторів, сказав, що для досягнення відмовостійкості галузі доведеться виконувати такі перевірки та корекції багато разів упродовж обчислення. Старша авторка з IBM Maika Takita зазначила, що складність полягала в тому, щоб повторювати вимірювання, поки решта процесора продовжувала працювати, а не призупиняти всю систему.
Технічні деталі
В експерименті створили конкуренцію між двома процесами. Один процес поширював інформацію між сусідніми кубітами, формуючи дедалі хаотичнішу динаміку. Інший процес вимірював вибрані кубіти та скидав їх, підштовхуючи систему до впорядкованого стану, обраного дослідниками.
Змінюючи частоту виникнення кожного з процесів, команда спостерігала порогову поведінку. Коли перемішування відбувалося більш ніж у половині випадків, система залишалася хаотичною. Коли домінували перевірка та скидання, система переходила в керований упорядкований режим. Поблизу рівноваги між цими процесами навіть незначна зміна їхньої частоти різко змінювала систему.
За словами дослідників, ця різка зміна відповідає картині фазового переходу: квантова система колективно перемикається від хаосу до керованості. Співавтор Haining Pan, який поділив перше авторство, сказав, що перехід ставав чіткіше визначеним, коли команда досліджувала більші системи, і що експериментальні дані відповідали теоретичним очікуванням.
У звіті також зазначено, чому цей результат важливий для корекції помилок. Квантову інформацію не можна просто скопіювати, а вимірювання може збурити стан, над яким виконується обчислення. Тому практична відмовостійка машина має багаторазово виявляти та виправляти помилки, зберігаючи закодовану інформацію.
Чому це важливо
В оголошенні цей результат подано і як демонстрацію з фізики, і як віху системної інженерії. З боку фізики він підтверджує теоретичний прогноз, що повторювані втручання можуть спричинити перехід від неконтрольованої квантової динаміки до впорядкованого, керованого режиму. З боку апаратного забезпечення він показує, що сучасне надпровідне обладнання здатне тисячі разів узгоджувати квантові вентилі, вимірювання та скидання на великому пристрої.
Це не означає, що відмовостійкі квантові обчислення вже досягнуто. У звіті прямо зазначено, що ніхто ще не побудував відмовостійкий квантовий комп’ютер. Але здатність у масштабі виконувати повторювані цикли вимірювання та скидання є однією з операційних складових, яких потребуватимуть такі системи.
На що звернути увагу
Наступне питання полягає в тому, як подібні методи можна перенести на повноцінні протоколи корекції помилок, а не лише на контрольовані фізичні експерименти. Дослідження показує, що можливості динамічних схем IBM можуть підтримувати довгі послідовності чергованих операцій на великих підмножинах кубітів, що має значення для майбутніх демонстрацій логічних кубітів.
До співпраці увійшли дослідники з Rutgers, IBM, the City College of New York, the CUNY Graduate Center, Iowa State University, Ames National Laboratory, Pennsylvania State University та Louisiana State University. Як повідомляється в оголошенні, процесор дав змогу команді досліджувати системи, значно більші за приблизно два десятки кубітів, які вони могли моделювати на звичайних комп’ютерах.
Джерела
Факти на цій сторінці наведено за джерелами нижче, зібраними DesignQuantum.
- Rutgers And IBM Demonstrate Real-Time Control Across 100 Qubits thequantuminsider.com