Googles forskare har framgångsrikt testade felkorrigeringsmetoder med företagets Sycamore-processor.
Googles forskare har visat att felkorrigering, på vissa villkor, fungerar på företagets Sycamore-kvantprocessor och till och med kan skala exponentiellt, i vad är ännu ett steg mot att bygga en feltolerant kvantdator.
Genombrottet kommer sannolikt att fånga uppmärksamheten hos forskare som arbetar med kvantfelskorrigering, ett fält som inte berör kvitträkningar utan snarare kvbbitkvalitet.
Samtidigt som det ökar antalet qubits som stöds av kvantdatorer presenteras ofta som nyckelfaktorn för att låsa upp den oöverträffade beräkningskraften hos kvantteknologier, lika viktigt är att se till att dessa qubits beter sig på ett sätt som möjliggör pålitlig , felfria resultat.
Detta är tanken som ligger till grund för begreppet en feltolerant kvantdator, men kvantfelskorrigering är fortfarande i mycket tidiga skeden. För närvarande kämpar forskare fortfarande för att kontrollera och manipulera de få qubits som de har att göra med, på grund av partiklarnas extremt instabila natur, vilket innebär att kvantberäkningar fortfarande är full av fel.
Enligt Google skulle de flesta applikationer kräva felfrekvenser så låga som 10 ^ -15; i jämförelse har toppmoderna kvantplattformar för närvarande genomsnittliga felfrekvenser som är närmare 10 ^ -3.
En lösning består i att förbättra qubits fysiska stabilitet, men forskare prioriterar alltmer ett alternativt tillvägagångssätt där fel kan upptäckas och korrigeras direkt i kvantprocessorn.
Vanligtvis görs detta genom att distribuera kvantdata över många olika qubits och använda ytterligare qubits för att spåra den informationen, identifiera och korrigera fel när de går. Den övergripande, felkorrigerade gruppen qubits bildar ett enda kluster som kallas en “logisk qubit”.
Kallas stabilisatorkoden, detta tillvägagångssätt sammanfogar i huvudsak datakvits med mätkubits som kan förvandla oönskade störningar i datakvittillstånden till fel, som sedan kan kompenseras för tack vare specifik programvara.
Även om principerna för stabilisatorkoder teoretiskt har tillämpats på olika plattformar, säger Google, har metoden inte visat sig skala i stora system, och det har inte heller visat sig tåla flera omgångar av felkorrigering.
Reklamjättens forskare tänkte testa stabilisatorkoder med företagets Sycamore-kvantprocessor, med början i ett logiskt qubit-kluster som består av fem qubits kopplade i en endimensionell kedja. Qubits växlade mellan att fungera som data-qubits och mät-qubits som har till uppgift att upptäcka fel.
Att öka klustrets storlek, fann forskarna, exponentiellt minskat fel. Teamet testade metoden med olika storlekar av logiska qubits och nådde ett maximalt kluster på 21 qubits, vilket visade sig minska det logiska felet mer än 100 gånger jämfört med kluster gjorda av endast fem qubits. Med andra ord, ju större logisk qubit, desto bättre fel kan korrigeras.
Detta är viktigt eftersom praktiska kvantdatorer förväntas kräva minst 1 000 felkorrigeringskvits för varje logisk qubit. Att bevisa att felkorrigeringsmetoder kan skalas är därför grundläggande för utvecklingen av en användbar kvantdator.
Google fann också att felundertryckningshastigheten förblev stabil även efter 50 felkorrigeringar – ett “nyckelfynd” för genomförbarheten av kvantfelkorrigering, säger företaget.
Naturligtvis finns det fortfarande enorma begränsningar för experimentet. Nuvarande kvantdatorer kan stödja mindre än 100 qubits – Sycamore har till exempel 54 qubits – vilket innebär att det är omöjligt att testa metoden med de 1000 qubits som skulle vara nödvändiga för praktiska tillämpningar.
Och även om 21 qubits var tillräckliga för att skapa en användbar logisk qubit, skulle Googles processor endast kunna stödja två av dessa logiska qubits, vilket fortfarande är långt ifrån tillräckligt för att användas i verkliga applikationer. Googles resultat är därför för närvarande ett bevis på konceptet.
Dessutom betonade forskarna att qubits i sig höga felprocent sannolikt kommer att bli problematiska. I teamets experiment slutade 11% av kontrollerna att upptäcka ett fel, vilket innebär att felkorrigeringstekniker måste vara otroligt effektiva för att fånga och korrigera varje störning i enheter som har flera tusen gånger fler qubits.
“Dessa experimentella demonstrationer ger en grund för att bygga en skalbar feltolerant kvantdator med supraledande qubits”, säger forskarna. “Ändå kvarstår många utmaningar på vägen mot korrigerbar kvantfelkorrigering.”
Det återstår att Googles resultat har öppnat dörren för mer forskning och experiment inom ett område som blir alltmer upptagen.
Tidigare i år släppte till exempel Amazons molndotterbolag AWS sitt första forskningspapper som beskriver en ny arkitektur för en kvantdator i syfte att sätta en ny standard för felkorrigering.
AWS metod bygger på ett liknande tillvägagångssätt som Googles, men är kopplat till en processordesign som kan minska qubits potential att vända tillstånd, i vad som var tonad som en ritning för en mer exakt kvantdator.
Relaterade ämnen:
Google 