Googles forskere har succes testede fejlkorrektionsmetoder med virksomhedens Sycamore-processor.
Googles forskere har påvist, at fejlkorrektion under visse betingelser fungerer på virksomhedens Sycamore-kvanteprocessor og endda kan skaleres eksponentielt, i hvad er endnu et skridt i retning af at opbygge en fejltolerant kvantecomputer.
Gennembruddet vil sandsynligvis fange opmærksomheden hos forskere, der arbejder på kvantefejlkorrektion, et felt, der ikke vedrører qubit-tællinger, men snarere med qubit-kvalitet.
Mens antallet af qubits, der understøttes af kvantecomputere, ofte præsenteres som nøglefaktoren til at låse op for den hidtil usete beregningskraft for kvanteteknologier, er det lige så vigtigt at sikre, at disse qubits opfører sig på en måde, der giver mulighed for pålidelig , fejlfri resultater.
Dette er ideen, der understøtter begrebet en fejltolerant kvantecomputer, men kvantefejlkorrektion er stadig i meget tidlige stadier. For nu kæmper forskere stadig med at kontrollere og manipulere de få qubits, som de har at gøre med, på grund af partiklernes ekstremt ustabile natur, hvilket betyder, at kvanteberegninger stadig er fyldt med fejl.
Ifølge Google vil de fleste applikationer kræve fejlfrekvenser så lave som 10 ^ -15; til sammenligning har avancerede kvanteplatforme i øjeblikket gennemsnitlige fejlfrekvenser, der er nærmere 10 ^ -3.
En løsning består i at forbedre qubits fysiske stabilitet, men forskere prioriterer i stigende grad en alternativ løsning, hvor fejl kan detekteres og korrigeres direkte inden for kvanteprocessoren.
Typisk gøres dette ved at distribuere kvantedata på tværs af mange forskellige qubits og bruge yderligere qubits til at spore disse oplysninger, identificere og rette fejl, mens de går. Den samlede fejlkorrigerede gruppe af qubits danner en enkelt klynge kendt som en “logisk qubit”.
Kaldt stabilisatorkode, denne fremgangsmåde fletter i det væsentlige data qubits med måling qubits, der kan gøre uønskede forstyrrelser af data qubit-staterne til fejl, som derefter kan kompenseres for takket være specifik software.
Mens principperne for stabilisatorkoder er blevet teoretisk anvendt på forskellige platforme, sagde Google, er metoden ikke bevist at skalere i store systemer, og det har heller ikke vist sig at modstå flere runder med fejlkorrektion.
Annonceringsgigantens forskere satte sig for at teste stabilisatorkoder med virksomhedens Sycamore-kvanteprocessor begyndende med en logisk qubit-klynge, der består af fem qubits, der er forbundet i en endimensionel kæde. Qubits vekslede mellem at fungere som data qubits og måle qubits, der har til opgave at opdage fejl.
At øge klyngens størrelse, fandt forskerne, eksponentielt reduceret fejl. Holdet testede metoden med forskellige størrelser af logiske qubits og nåede en maksimal klynge på 21 qubits, hvilket viste sig at reducere den logiske fejl mere end 100 gange sammenlignet med klynger lavet af kun fem qubits. Med andre ord, jo større den logiske qubit er, desto bedre kan fejl rettes.
Dette er vigtigt, fordi praktiske kvantecomputere forventes at kræve mindst 1.000 fejlkorrektionskvitteringer for hver logisk qubit. At bevise, at fejlkorrektionsmetoder kan skaleres, er derfor grundlæggende for udviklingen af en nyttig kvantecomputer.
Google fandt også, at fejlundertrykkelsesfrekvensen forblev stabil, selv efter 50 runder med fejlkorrektion – en “nøglefinding” for gennemførligheden af kvantefejlkorrektion, sagde virksomheden.
Selvfølgelig er der stadig enorme begrænsninger for eksperimentet. Nuværende kvantecomputere kan understøtte mindre end 100 qubits – Sycamore har for eksempel 54 qubits – hvilket betyder, at det er umuligt at teste metoden med de 1.000 qubits, der er nødvendige for praktiske anvendelser.
Og selvom 21 qubits var tilstrækkelige til at skabe en nyttig logisk qubit, ville Googles processor kun være i stand til at understøtte to af disse logiske qubits, hvilket stadig er langt fra nok til at blive brugt i virkelige applikationer. Googles resultater forbliver derfor for øjeblikket et proof-of-concept.
Derudover understregede forskerne, at qubits 'iboende høje fejlprocent sandsynligvis bliver problematiske. I holdets eksperimenter endte 11% af kontrollerne med at detektere en fejl, hvilket betyder, at fejlkorrektionsteknologier bliver nødt til at være utrolig effektive til at fange og rette enhver forstyrrelse i enheder, der har flere tusinde gange flere qubits.
“Disse eksperimentelle demonstrationer danner et fundament for opbygning af en skalerbar fejletolerant kvantecomputer med superledende qubits,” sagde forskerne. “Ikke desto mindre er der stadig mange udfordringer på vej mod skalerbar kvantefejlkorrektion.”
Det forbliver, at Googles fund har åbnet døren til mere forskning og eksperimenter inden for et område, der bliver mere og mere travlt.
Tidligere i år udgav f.eks. Amazons cloud-datterselskab AWS sit første forskningspapir, der beskriver en ny arkitektur til en kvantecomputer med det formål at sætte en ny standard for fejlkorrektion.
AWS's metode er afhængig af en lignende tilgang til Googles, men er koblet med et processordesign, der kan reducere qubits 'potentiale til at vende stater, i det der blev sat som en plan for en mere præcis kvantecomputer.
Relaterede emner:
Google 