Rutgers và IBM công bố điều khiển phản hồi thời gian thực trên 100 qubit
Các nhà nghiên cứu từ Rutgers, IBM và các đối tác đã sử dụng chip Heron 156 qubit để trình diễn việc đo lặp lại và đặt lại trên tối đa 100 qubit.
Trang này được dịch từ tiếng Anh. Tên công ty, sản phẩm và liên kết nguồn được giữ nguyên. Đọc bản gốc tiếng Anh
Các nhà nghiên cứu từ Rutgers, IBM và một số tổ chức đối tác cho biết họ đã trình diễn phản hồi lượng tử thời gian thực trên tới 100 qubit, sử dụng các phép đo lặp lại và đặt lại trong khi bộ xử lý vẫn tiếp tục hoạt động. Theo thông báo, công trình được thực hiện trên bộ xử lý IBM Quantum Heron 156 qubit và được mô tả trong một nghiên cứu công bố trên Nature Physics. Kết quả này giải quyết một yêu cầu cốt lõi của điện toán lượng tử chịu lỗi: khả năng giám sát các phần của hệ thống và can thiệp lặp lại mà không phải dừng quá trình tính toán.
Nội dung được công bố
Nhóm nghiên cứu cho biết họ đã sử dụng một chuỗi kết nối gồm tới 100 qubit trên phần cứng Heron của IBM để kiểm tra liệu một bộ xử lý lượng tử có thể luân phiên giữa hai cơ chế theo thời gian thực hay không: xáo trộn thông tin trên các qubit lân cận, và đo rồi đặt lại từng qubit riêng lẻ để kìm hãm sự xáo trộn đó.
Tổng cộng, thí nghiệm bao gồm gần 5.000 thao tác hai qubit và gần 5.000 phép đo cùng thao tác đặt lại, theo báo cáo. Các nhà nghiên cứu mô tả đây là minh chứng thành công lớn nhất từ trước đến nay cho kiểu điều khiển dựa trên phản hồi này.
Giáo sư Rutgers Jedediah Pixley, một trong các tác giả cao cấp, cho biết lĩnh vực này sẽ cần thực hiện những bước kiểm tra và hiệu chỉnh như vậy nhiều lần trong suốt quá trình tính toán để đạt được khả năng chịu lỗi. Tác giả cao cấp phía IBM Maika Takita cho biết thách thức nằm ở việc lặp lại các phép đo trong khi phần còn lại của bộ xử lý vẫn tiếp tục vận hành, thay vì tạm dừng toàn bộ hệ thống.
Chi tiết kỹ thuật
Thí nghiệm thiết lập sự cạnh tranh giữa hai quá trình. Một quá trình làm lan truyền thông tin giữa các qubit lân cận, tạo ra động lực học ngày càng hỗn loạn. Quá trình còn lại đo các qubit được chọn và đặt lại chúng, đẩy hệ thống về một trạng thái có trật tự do nhóm nghiên cứu lựa chọn.
Bằng cách thay đổi tần suất diễn ra của mỗi quá trình, nhóm đã quan sát được hành vi ngưỡng. Khi quá trình xáo trộn xảy ra hơn một nửa thời gian, hệ thống vẫn duy trì trạng thái hỗn loạn. Khi việc kiểm tra và đặt lại chiếm ưu thế, hệ thống chuyển sang một chế độ có trật tự và có thể kiểm soát. Gần điểm cân bằng giữa hai bên, chỉ một thay đổi nhỏ về tốc độ của hai quá trình cũng khiến hệ thống biến đổi đột ngột.
Theo các nhà nghiên cứu, sự thay đổi sắc nét đó phù hợp với bức tranh chuyển pha: hệ lượng tử chuyển đổi một cách tập thể từ hỗn loạn sang kiểm soát. Đồng tác giả chính Haining Pan cho biết quá trình chuyển tiếp trở nên được xác định rõ nét hơn khi nhóm nghiên cứu khảo sát các hệ lớn hơn, và dữ liệu thực nghiệm phù hợp với kỳ vọng lý thuyết.
Báo cáo cũng nêu lý do kết quả này quan trọng đối với sửa lỗi. Thông tin lượng tử không thể đơn giản được sao chép, và phép đo có thể làm nhiễu trạng thái đang được tính toán. Vì vậy, một cỗ máy chịu lỗi thực tiễn phải có khả năng phát hiện và sửa lỗi lặp đi lặp lại trong khi vẫn bảo toàn thông tin đã được mã hóa.
Vì sao điều này quan trọng
Thông báo này đặt kết quả trên vào cả hai khía cạnh: một minh chứng vật lý và một cột mốc về kỹ thuật hệ thống. Về mặt vật lý, nó củng cố một dự đoán lý thuyết rằng các can thiệp lặp lại có thể thúc đẩy quá trình chuyển từ động lực học lượng tử không được kiểm soát sang một chế độ có trật tự và có thể điều khiển. Về mặt phần cứng, nó cho thấy phần cứng siêu dẫn hiện nay có thể điều phối cổng lượng tử, phép đo và thao tác đặt lại hàng nghìn lần trên một thiết bị quy mô lớn.
Điều đó không có nghĩa là điện toán lượng tử chịu lỗi đã đạt được. Báo cáo nêu rõ rằng đến nay chưa ai xây dựng được một máy tính lượng tử chịu lỗi. Nhưng khả năng thực hiện các chu kỳ đo-và-đặt-lại lặp đi lặp lại ở quy mô lớn là một trong những thành phần vận hành mà các hệ thống như vậy sẽ cần đến.
Điều cần theo dõi
Câu hỏi tiếp theo là những kỹ thuật như thế này sẽ được chuyển hóa như thế nào thành các giao thức sửa lỗi hoàn chỉnh, thay vì chỉ là các thí nghiệm vật lý được kiểm soát. Nghiên cứu cho thấy năng lực mạch động của IBM có thể duy trì các chuỗi thao tác xen kẽ dài trên các tập con qubit lớn, điều này có ý nghĩa đối với các minh chứng qubit logic trong tương lai.
Hợp tác nghiên cứu bao gồm các nhà khoa học từ Rutgers, IBM, the City College of New York, the CUNY Graduate Center, Iowa State University, Ames National Laboratory, Pennsylvania State University và Louisiana State University. Theo thông tin trong thông báo, bộ xử lý này cho phép nhóm nghiên cứu khảo sát các hệ lớn hơn rất nhiều so với khoảng hai chục qubit mà họ có thể mô phỏng trên các máy tính thông thường.
Nguồn
Các thông tin trên trang này được tổng hợp từ các nguồn dưới đây, do DesignQuantum truy xuất.
- Rutgers And IBM Demonstrate Real-Time Control Across 100 Qubits thequantuminsider.com